В современных автомобилях в бензиновых силовых установках принцип работы системы питания схож с тем, который применяется на дизелях. В этих моторах она разделена на две – впуска и впрыска. Первая обеспечивает подачу воздуха, а вторая – топлива. Но из-за конструктивных и эксплуатационных особенностей функционирование впрыска существенно отличается от применяемого на дизелях.
Отметим, что разница в системах впрыска дизельных и бензиновых моторов все больше стирается. Для получения лучших качеств конструкторы заимствуют конструктивные решения и применяют их на разных видах систем питания.
Содержание статьи
Второе название систем впрыска бензиновых моторов – инжекторная. Основная ее особенность заключается в точной дозировке топлива. Достигается это путем использования в конструкции форсунок. Устройство инжекторного впрыска двигателя включает в себя две составляющие – исполнительную и управляющую.
В задачу исполнительной части входит подача бензина и его распыление. Она включает в себя не так уж и много составных элементов:
Но это только основные компоненты. Исполнительная составляющая может в себя включать еще ряд дополнительных узлов и деталей – регулятор давления, систему слива излишков бензина, адсорбер.
В задачу указанных элементов входит подготовка топлива и обеспечение его поступления к форсункам, которыми и осуществляется их впрыскивание.
Принцип работы исполнительной составляющей прост. При повороте ключа зажигания (на некоторых моделях – при открытии водительской двери) включается электрический насос, который качает бензин и заполняет им остальные элементы. Топливо проходит очистку и по топливопроводам поступает в рампу, которая соединяет собой форсунки. За счет насоса топливо во всей системе находится под давлением. Но его значение ниже, чем на дизелях.
Открытие форсунок осуществляется за счет электрических импульсов, подаваемых с управляющей части. Эта составляющая системы впрыска топлива состоит из блока управления и целого комплекта следящих устройств – датчиков.
Эти датчики отслеживают показатели и параметры работы – скорость вращения коленчатого вала, количества подаваемого воздуха, температуры ОЖ, положения дросселя. Показания поступают на блок управления (ЭБУ). Он эту информацию сравнивает с данными, занесенными в память, на основе чего определяется длина электрических импульсов, подаваемых на форсунки.
Электроника, используемая в управляющей части системы впрыска топлива, нужна, чтобы высчитать время, на которое должна открыться форсунка при том или ином режиме работы силового агрегата.
Но отметим, что это общая конструкция системы подачи бензинового мотора. Но инжекторов разработано несколько, и каждая из них обладает своими конструктивными и рабочими особенностями.
На автомобилях применяются системы впрыска двигателя:
Центральный впрыск считается первым инжектором. Его особенность заключается в использовании только одной форсунки, которая впрыскивала бензин во впускной коллектор одновременно для всех цилиндров. Изначально он был механическим и никакой электроники в конструкции не использовалось. Если рассмотреть устройство механического инжектора, то она схожа с карбюраторной системой, с единственной разницей, что вместо карбюратора использовалась форсунка с механическим приводом. Со временем центральную подачу сделали электронной.
Сейчас этот тип не используется из-за ряда недостатков, основной из которых — неравномерность распределения топлива по цилиндрам.
Распределенный впрыск на данный момент является самой распространенной системой. Конструкция этого типа инжектора расписана выше. Ее особенность заключается в том, что топливо для каждого цилиндра подает своя форсунка.
В конструкции этого вида форсунки устанавливаются во впускном коллекторе и располагаются рядом с ГБЦ. Распределение топлива по цилиндрам дает возможность обеспечить точную дозировку бензина.
Непосредственный впрыск сейчас является самым совершенным типом подачи бензина. В предыдущих двух типах бензин подавался в проходящий поток воздуха, и смесеобразование начинало осуществляться еще во впускном коллекторе. Этот же инжектора по конструкции копирует дизельную систему впрыска.
В инжекторе с непосредственной подачей распылители форсунок располагаются в камере сгорания. В результате компоненты топливовоздушной смеси здесь запускаются в цилиндры по отдельности, и уже в самой камере они смешиваются.
Особенность работы этого инжектора заключается в том, что для впрыскивания бензина требуется высокие показатели давления топлива. И его создание обеспечивает еще один узел, добавленный в устройство исполнительной части – насос высокого давления.
И дизельные системы модернизируются. Если раннее она была механической, то сейчас и дизеля оснащаются электронным управлением. В ней используются те же датчики и блок управления, что и в бензиновом моторе.
Сейчас на автомобилях применяется три типа дизельных впрысков:
Как и в бензиновых моторах, конструкция дизельного впрыска состоит из исполнительной и управляющей частей.
Многие элементы исполнительной части те же, что и у инжекторов – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы. Но есть и узлы, которые не встречаются на бензиновых моторах – топливоподкачивающий насос, ТНВД, магистрали для транспортировки топлива под высоким давлением.
В механических системах дизелей применялись рядные ТНВД, у которых давление топлива для каждой форсунки создавала своя отдельная плунжерная пара. Такие насосы отличались высокой надежностью, но были громоздкими. Момент впрыска и количество впрыскиваемого дизтоплива регулировалось насосом.
В двигателях, оснащаемых распределительным ТНВД, в конструкции насоса используется только одна плунжерная пара, которая качает топливо для форсунок. Этот узел отличается компактными размерами, но ресурс его ниже, чем рядных. Применяется такая система только на легковом автотранспорте.
Common Rail считается одной из самых эффективных дизельных систем впрыска двигателя. Общая концепция ее во многом позаимствована у инжектора с раздельной подачей.
В таком дизеле моментом начала подачи и количеством топлива «заведует» электронная составляющая. Задача насоса высокого давления — только нагнетание дизтоплива и создание высокого давления. Причем дизтопливо подается не сразу на форсунки, а в рампу, соединяющую форсунки.
Насос-форсунки – еще один тип дизельного впрыска. В этой конструкции ТНВД отсутствует, а плунжерные пары, создающие давление дизтоплива, входят в устройство форсунок. Такое конструктивное решение позволяет создавать самые высокие значения давления топлива среди существующих разновидностей впрыска на дизельных агрегатах.
avtocity365.ru
Система непосредственного впрыска инжекторных двигателей аналогична по конструкции системе питания дизельных двигателей Common Rail, предложенной в конце 60-х годов прошлого столетия швейцарским инженером Робертом Хубером, и завоевавшей в настоящее время широкую популярность, активно вытесняя классическую систему питания дизелей благодаря существенным достоинствам.
Слабым местом всех систем непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя является низкая эффективность смесеобразования – для того, чтобы топливо достаточно быстро сгорало, необходимо его тщательно перемешать с воздухом. По понятным причинам, системы с внешним смесеобразованием в этом плане имеют существенное преимущество, поскольку топливо и воздух перемешиваются еще до подачи в цилиндры двигателя и горение протекает интенсивнее.
Поэтому конструкторам, разрабатывающим дизельные двигатели и бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топлива, приходится решать достаточно сложную задачу – как в сотые доли секунды получить внутри цилиндра равномерно распределенную по камере сгорания топливовоздушную смесь требуемого состава и качества.
Одним из путей решения проблемы является повышение давления топлива, впрыскиваемого форсункой в цилиндр двигателя. Топливо, вырывающееся под большим давлением из сопла распылителя форсунки, распыляется более интенсивно, широким фронтом, распространяясь при этом по камере сгорания и активно смешиваясь с воздухом. Второй путь интенсификации смесеобразования, над которым работают конструкторы – создание формы камеры сгорания и головки поршня, способствующей завихрению воздуха при сжатии, что тоже способствует перемешиванию бензина и воздуха в цилиндре.
Для инжекторных двигателей с системой питания, использующей непосредственный впрыск, повышение давления впрыска достигается применением топливного насоса высокого давления, необходимость в котором для систем центрального и распределенного впрыска отсутствует. Конечно же, топливная аппаратура высокого давления ложится определенным бременем на стоимости всей системы питания, что является одним из недостатков системы непосредственного впрыска, тем не менее, достоинства такой системы тоже очевидны. Двигатель, использующий непосредственный впрыск бензина, экономичнее и экологичнее аналогичных двигателей с внешним впрыском, кроме того, он меньше склонен к детонационным явлениям во время работы.
Итак, для того чтобы обеспечить качественное смесеобразование внутри цилиндра, необходимо повысить давление впрыска. Поэтому в системе непосредственного впрыска топлива насос низкого давления подает топливо через фильтр к насосу высокого давления, который создает в аккумуляторе (накопитель, где топливо находится под высоким давлением) давление 5…13 МПа. При превышении давления специальный регулятор перепустит избыточное топливо на вход насоса высокого давления. Значение давления в аккумуляторе (накопителе) регистрируется датчиком давления и подается на электронный блок управления (ЭБУ). Топливо из аккумулятора подается к электромагнитным форсункам, которые включаются по команде от микропроцессора.
Благодаря впрыску топлива сразу после подачи искры в цилиндре обеспечивается воспламенение топливовоздушной смеси нормального состава, который поддерживает ЭБУ. При этом в удаленных от электродов зонах состав горючей смеси остается обедненным и даже бедным (в самых крайних зонах). Таким образом, при непосредственном впрыске образуется неравномерный состав топливовоздушной смеси по всему объему камеры сгорания.
Из возникшего у электродов свечи зажигания очага горения фронт пламени распространяется в периферийные зоны, где воспламеняет бедные составы смеси с коэффициентом избытка воздуха α≥2. В результате существенно повышается топливная экономичность двигателя и снижается вероятность возникновения детонации.
По сравнению с системой распределенного впрыска система непосредственного впрыска обладает следующими недостатками:
Кроме того, использование насосов высокого давления или насос-форсунок традиционных конструкций осложняется отсутствием у бензина смазывающих свойств.
Тем не менее, благодаря описанным выше преимуществам, в первую очередь – высокой экономичности, система непосредственного впрыска все шире применяется производителями автомобилей и завоевывает популярность у автомобилистов. Можно предположить, что с развитием и совершенствованием технологий изготовления точных деталей системы с непосредственным впрыском займут лидирующие позиции в конструкциях бензиновых автомобильных двигателей.
***
Механическая система впрыска K-Jetronic
k-a-t.ru
Несмотря на сложности, связанные с физическими свойствами дизельного топлива, двигатели, изобретенные Рудольфом Дизелем, стремительно завоевывают рынок легковых автомобилей. Причина этого явления в более высоком КПД по сравнению с бензиновыми моторами, и революционное развитие систем впрыска в последние годы.
В 1893 году немец Рудольф Дизель первым описал и запатентовал принцип работы мотора с воспламенением от сжатия и сопутствующего ему разогрева. По замыслу изобретателя топливом для него должна была стать угольная пыль. Однако от этой идеи пришлось отказаться - частицы угля, обладающие абразивными свойствами, быстро изнашивали детали двигателя. После многочисленных усовершенствований в 1897 году Дизелю все же удалось построить работоспособный мотор, в котором в качестве топлива использовался керосин.
Тем не менее, система впрыска требовала отладки - двигатель оказался очень капризным и ненадежным.
Одним из «счастливчиков», ставших обладателем заветной лицензии, стал российский предприниматель Эммануил Нобель. Недостатки нового мотора ему пришлось устранять своими силами. В первую очередь, Нобеля не устраивало, что мотор работал на дорогом по тем временам керосине. Изобретатель дал своим инженерам задание приспособить двигатель для использования очищенной нефти. Но дизель так и не удалось приспособить к особенностям этого топлива: детали перегревались, а мощность была крайне мала.
Биоэтанол или биодизель практически не отличим от нефтяного дизельного топлива по цвету и свойствам. Основное сырье для производства биоэтанола - соя, однако делать его можно и из картошки
После нескольких практических опытов выяснилось, что дизельный мотор отлично работает на дешевом соляровом масле - продукте прямой перегонки нефти.
В то время дизельные двигатели оснащались системой подачи топлива на основе воздушного компрессора. Инженеры Нобеля модернизировали ее, но она была далека от идеала.
Действительно удачная и эффективная система впрыска дизельного топлива появилась лишь в 20-х годах прошлого столетия. Ее изобрел Роберт Бош, который сконструировал топливный насос высокого давления. Дизельный мотор стал более приемистым, выросла мощность и улучшилась экономичность. Благодаря этому изобретению дизельный двигатель снова начинает набирать популярность.
Вихрекамерный дизель - разновидность двигателя с впрыском в отдельную камеру, где топливо предварительно смешивается с воздухом. С такими конструкциями экспериментировал, к примеру, концерн Nissan
Первым грузовиком с впрыском дизельного топлива стал «пятитонник» Benz 5K3. Его мотор объемом 8,8 литра выдавал почти 50 лошадиных сил. А первым легковым автомобилем – Mercedes Benz 260D, выпущенный в 1936 году. Его 2,5-литровый четырехцилиндровый дизель развивал 45 л.с.
Самая простая топливная аппаратура дизеля с механическим впрыском состоит из топливного насоса высокого давления (ТНВД), топливных трубок и форсунок.
ТНВД и дизельные форсунки. Главным элементом этой системы является ТНВД. Его задача заключается в том, чтобы подать к форсункам топливо под высоким давлением (обычно от 200 до 300 бар). Для этого в насосе применены плунжеры, который при перемещении резко увеличивает давление в магистрали той или иной форсунки.
Атмосферные дизельные двигатели очень любят поклонники гонок на внедорожниках по пересеченной местности. В этом нет ничего удивительного: для работы этому дизелю не нужен электрический ток
В отличие от бензиновых инжекторных систем питания, дизель с механическими форсунками работает без участия электроники. Момент впрыска определяется механическими настройками и зависит от давления топлива.
При достижении определенного давления игла распылителя поднимается, и топливо впрыскивается в цилиндр. После того, как давление в форсунке падает, игла закрывается, а излишки топлива из магистрали сливаются обратно в бак.
Самое весомое преимущество систем впрыска дизельного топлива перед инжекторами бензиновых двигателей – это высокий КПД
На сегодняшний день механический впрыск почти полностью уступил место более совершенному аккумуляторному впрыску Common Rail. В этих системах впрыск производится под контролем электроники.
Безусловно, самое весомое преимущество систем впрыска дизельного топлива перед инжекторами бензиновых двигателей – это высокий КПД. Этот показатель на современных дизельных двигателях с аккумуляторным впрыском, турбонаддувом и промежуточным охлаждением достигает 55%, в то время как КПД одного из самых совершенных бензиновых моторов серии TSI от Volkswagen едва дотягивает до 45%. Поэтому дизели могут похвастаться весьма скромным "аппетитом".
Специфика дизельных двигателей в возможности развивать высокий крутящий момент в зоне низких оборотов. Именно по этой причине дизели стали применять на грузовиках и автобусах раньше. При адаптации моторов этого типа для использования в легковых автомобилях инженерам пришлось значительно перерабатывать трансмиссию.
Однако высокий КПД имеет и негативную сторону. Дизели, отдающие мало тепла при работе, плохо нагреваются, из-за чего многим производителям приходится оснащать свои автомобили с дизельными двигателями системами подогрева, работающими от электричества, чтобы обеспечить работу отопительной системы автомобиля.
Применение турбонаддува придало импульс использованию дизельных двигателей в легковых автомобилей, так как позволило добиться от них сопоставимых с бензиновыми моторами динамических характеристик
Еще одна проблема систем впрыска дизельных двигателей – качество топлива. К примеру, в России оно пока оставляет желать лучшего. Основное нарушение - продажа летнего дизтоплива под видом зимнего. Разница эта может быть фатальной для запуска зимой, так как летняя солярка при отрицательных температурах легко замерзает, обездвиживая автомобиль.
Другой недостаток систем впрыска дизельного топлива – сложность и дороговизна ремонта, который могут качественно осуществить лишь немногочисленные специализированные сервисные станции.
Владельцам автомобилей с дизельным двигателем стоит чаще менять фильтры. Не стоит экономить на запчастях при ремонте топливной системы, приобретая "неоригинальные запчасти". Детали системы впрыска делаются с особой точностью, поэтому лучше приобретать оригинальные комплектующие.
blamper.ru
