устройство, принцип подачи топлива, классификация

Рассмотрим, как устроены системы впрыска бензиновых двигателей, как они работают,  каковы их виды, в чём особенности центрального, коллекторного и непосредственного впрыска.

Системы впрыска топлива бензиновых двигателей –  это системы для дозированной подачи бензина в ДВС. Тип устройства, характеристика системы влияет на ряд важных показателей. Это экологический класс двигателя, его мощность, топливная эффективность.

Устройство системы впрыска бензинового двигателя может иметь различные конструктивные решения и модификации. О них мы расскажем, останавливаясь на конкретных видах систем впрыска.

Варианты топливных систем бензиновых двигателей

Впрыск топлива в воздушный поток может происходить как за счёт разрежения, так и за счёт избыточного давления. Например, в карбюраторе впрыскивание происходит за счёт разрежения, а в большинстве современных систем — за счёт избыточного давления.

• центральным (например, наддроссельный впрыск),
• распределённый или коллекторный (осуществляется отдельной форсункой в предкамеру, расположенную перед впускным клапаном каждого цилиндра двигателя),
• непосредственный (осуществляется напрямую в камеры сгорания, отдельными форсунками), встречается в разных вариациях, характерен для современных автомобилей..

Варианты топливных систем бензиновых двигателей (R R. Bosch)

Конструктивное решение с карбюраторами

Дольше всего человечество знакомо с подачей топлива посредством карбюратора. И не потому, что такие решения лучшие, а потому что они – первые. И через множество лет это были единственно доступные системы. Карбюратор был неотъемлемой частью топливной системы на протяжении сотни лет. Нельзя сказать, что сейчас карбюраторы полностью исчезли из жизни, но на легковой и коммерческий транспорт карбюраторы ставить перестали. Их можно увидеть только на средствах малой механизации, которые применяются для садовых, строительных работ.
 
Автопром же перестал выпускать машины с карбюраторной системой еще в 90-е годы прошлого века.
Принцип их действия основан на всасывании  топлива в поток воздуха, проходящего через сужение карбюратора. увеличение скорости движения воздуха в месте сужения воздушного канала формирует  разрежение воздуха. 

Объём воздуха, который проходит через сужение воздушного канала, пропорционален объёму топлива, поступающего через распылитель карбюратора. Благодаря этому несложно в автоматическом режиме поддерживать требуемое отношение топлива к воздуху.
. 

Как работает устройство?

1. Топливо из бака выбирает насос (управляемый механически или электрически – в зависимости от модели).
2. ДВС запускается, и поток воздуха, проходящий через сужение воздушного канала карбюратора, создает разрежение. 
3. В смесительную камеру карбюратора поступает топливо.
4. Жиклер (калиброванное отверстие) дозирует топливо.

С точки зрения работы всё достаточно просто. Так почему же карбюраторы уходят в историю? 

Здесь достаточно много причин:

• Низкая экономичность, а соответственно, и низкий уровень топливной эффективности.
• Проблемы при переменных режимах работы, снижающие динамические качества- автомобиля.
• Прямая зависимость от расположения двигателя в автомобиле.
• Выброс в окружающую среду большого количества вредных веществ (несоответствие нормативам эмиссии газообразных вредных выбросов в атмосферу).

Моновпрыск 

На смену карбюратору пришла система так называемого «над дроссельного впрыска» топлива. Она также известна как моновпрыск или система центрального впрыска.

Принцип базируется на впрыске топлива одной форсункой, установленной на впускном коллекторе двигателя.

Самыми популярными конструкциями системы центрального впрыска являются решения Mono-Jetronic от R. R. Bosch и Opel-Multec (как нетрудно догадаться из названия, это решение корпорации Opel).

Появление моновпрыска приходится на середину 70-х годов 20-го века. В то время системой Mono-Jetronic стали оснащать автомобили Volkswagen и Audi.

Главной задачей при разработке моновпрыска стало нахождение альтернативы карбюраторной системе впрыска. Важно было найти более эффективную систему топливоподачи, которая смогла бы удовлетворить возросшим экологическим требованиям.

Mono-Jetronic: конструктивные элементы

• Регулятор давления. Способен поддержать на стабильном уровне рабочее давление в системе впрыска, а после выключения ДВС сохранить остаточное давление в системе . Это важно для облегчения пуска, создание барьеров против образования паровых пробок.
• Электромагнитный клапан (форсунка). Обеспечивает импульсный впрыск топлива. Управление клапаном осуществляется посредством электросигнала. Он идёт от блока управления.
• Дроссельная заслонка. Регулятор объема поступающего воздуха.
• Привод. Он ответственный за работу дроссельной заслонки.
• Электронный блок управления. «Мозг», синхронизатор.

Входные датчики (момента впрыска, положения дроссельной заслонки, оборотов двигателя, концентрации кислорода и т.д.).

Распределённый впрыск

В 70-е годы появились и системы распределительного впрыска, основанные на подаче топлива отдельной форсункой в предкамеру, расположенную перед впускным клапаном каждого цилиндра двигателя. Впрыск может быть при этом может быть как импульсным, так и непрерывным. 

Мы остановимся на решении K-Jetronic производителя Robert R. Bosch с непрерывным впрыском. K-Jetroniс активно присутствовала на рынке с 1973-го по 1995 годы.  Сначала K-Jetroniс выпускалась с механической системой дозирования. С 1982 года — с электронной начинкой и электронным управлением дозирования. Начиная с версий (модификаций) с электронным управлением система стала называться KE-Jetroniс.

Экономические характеристики автомобилей, их уровень топливной эффективности был существенно улучшен, уровень выбросов вредных веществ в выхлопе также снизился.

В системах K/KE-Jetronic впрыск топлива осуществлялся непрерывно в смесительную камеру перед впускным клапаном. При этом количественное дозирование топлива, поступающего в поток воздуха, производилось за счет взаимосвязанных узлов «расходомер – дозатор».

Помимо дозатора-распределителя обязательный элемент решения – дроссельная заслонка, расположенная за дозатором, у первых версий были вакуумно-механические клапаны коррекции топлива(запуск клапанов в работу возможен как от терморегуляторов, так от разряжения воздуха во впускном коллекторе), в поздних модификациях появились электрические клапаны коррекции топлива. Кроме того, системы  стали оснащать кислородным датчиком (лямбда-зондом). Огромным плюсом схемотехнического решения стало то, что система впрыска могла быть оснащена  катализаторам-, но к уровню надёжности были существенные вопросы.

Дискретный впрыск топлива

Новой эрой стал дискретный впрыск топлива. Первой здесь стала электронная система распределенного впрыска топлива L-Jetronic – опять-таки от R. R. Bosch. С появлением этого решения стало возможным говорить о качественной управляемости, безотказности, надёжности. Да, сразу же стало ясно, что это средний и высокий ценовой сегмент. Поэтому долгое время системы дискретного впрыска топлива сосуществовали с системами непрерывного распределительного впрыска типа K/KE-Jetronic.

Но постепенно L-Jetronic обрела массовость. Её стал активно использовать практически весь европейский автопром. Явные плюсы оценили и водители, и персонал автосервиса: повысилась топливная экономичность авто. Для обслуживания перестали быть нужны сложные навыки (в первую очередь, это стало возможным за счёт того, что отпала надобность выполнять механические настройки).

L-Jetronic несколько раз модернизировалась и уверенно держалась на рынке до появления стандарта Евро-3. После чего более актуальными стали решения на основе термоанемометрических датчиков массметра (массового расхода воздуха). В частности, популярность приобрела модификация LH-Jetronic .

У новой разработки стала доступна индивидуальная регулировка подачи топлива в каждый из  цилиндров
Объединяющая черта систем Mono-Jetronic, L-Jetronic, LH-Jetronic состоит в том, это все эти решения управляют только впрыском топлива, при этом для воспламенения топлива задействована система зажигания с модулем электронного управления. 

Устройства, в которых система и зажигания и впрыск были синхронизированы и объединены, корпорация R.R. Bosch начала выпускать с 1979 года.

Ярким примером решения с объединёнными системами впрыска и зажигания – стала система Motronic от R.R. Bosch. 
Она существовала в нескольких модификациях, появившихся в 90-е годы 20-го века. В эти годы в их конструкции входили механические расходомеры воздуха. Но вскоре вместо них стали использоваться термоанемометрические датчики-расходомеры, расширились возможности для самодиагностики.

Правда, полностью удовлетворить запросам диагноста  системы не могли, поскольку  протокол выявления неисправностей не обладал высокой результативностью. В последующих модификациях эта проблема была успешно решена.

Но самым революционным решением Motronic стало появление датчика абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP-sensor).

Использование  MAP-сенсора в системе управления двигателем позволило  готовить качественную топливовоздушную смесь, состав которой близок к желаемому, и, главное, не сложно соблюсти европейские требования к выхлопам автомобилей.

Но для выхода на американский рынок даже этого было недостаточно. По стандартам США в топливной системе должна быть обязательная система контроля утечек паров топлива из бака. Так появилось инновационное решение Motronic M5. С ним появились все условия для того, чтобы исключить эксплуатацию автомобиля с потерявшей герметичность пробкой заливной горловины или неисправной системой вентиляции топливного бака.

Кроме того, эта система соответствует требованиям самого строгого протокола самодиагностики OBD-II/CARB.

А благодаря электроуправлению дроссельной заслонкой отлажено взаимодействие между системой управления двигателем и системой торможения.  

Системы непосредственного впрыска 
 
Особое место среди систем впрыска бензиновых двигателей получили системы непосредственного впрыска.
Их принцип действия основан на том, что топливо посредством инжектора распыляется прямо в цилиндр двигателя.

• Это важно для достижения топливной экономичности.
• Плунжерный насос. Подаёт топливо в рампу, соединённую с форсунками. 
• Регулятор давления топлива. Поддерживает стабильное рабочее давление в топливной рампе. Топливная рампа. Здесь непосредственно происходит процесс распределения топлива по форсункам.
• Предохранительный клапан на рампе. Защищает рампу от предельных давлений.
• Датчик высокого давления. Замеряет давление в рампе, подаёт сигнал блоку управлением двигателя на коррекцию давления.

Согласование взаимодействия  узлов осуществляется посредством электронной системы управления двигателем. От блока электронного управления поступают команды на исполнительные механизмы.

Интересная деталь! Если среди дизельных систем впрыска такие топливные системы были популярны давно, то среди бензиновых распространение получили не сразу. Причина элементарно проста: бензин в отличие от дизельного топлива является плохой смазкой, что вызывало быстрый износ» топливного насоса.

Но с развитием технологий уплотнений разработчики снова смогли заняться бензиновыми системами с прямым впрыском топлива. Система непосредственного впрыска может обеспечивать несколько видов смесеобразования: послойное, однородное (гомогенное), и стехиометрическое. Послойное смесеообразование актуально при малых и средних оборотах, стехиометрическое и гомогенное – при сверхвысоких оборотах, а также при средних и высоких нагрузках.

Самые популярные решения – с послойным смесеобразованием. Их хорошо знают по названию FSI и TFSI (у Volkswagen и у Ауди). Буква “T” в названии свидетельствуют о наличии турбокомпрессора, то есть двигатель, как именуется в просторечии — “турбирован”.

В цилиндр таких бензиновых систем впрыска поступает небольшое количество топлива. Тщательная организация потока воздуха в цилиндре (его траектория движения, подобная «кувырку) и удачно подобранное время впрыска топлива в цилиндр создают  все условия, чтобы это небольшое количество топлива было подано к электродам  свечи зажигания, и произошло воспламенение этой порции горючей смеси.

Почему на эту бензиновую систему впрыска не переходят повсеместно. К сожалению, актуальна такая проблема, как «турбоямы» при резком нажатии на педаль газа.

Этот недостаток полностью устранен при наличии наддувочного агрегата с электроприводом. Такие системы недёшевы. Но оперативно выйти на режим максимальной мощности, избежать «турбоям» при резком нажатии педали на газ с ними – не проблема. Прямой впрыск SC-E актуален, например, для ряда спортивных автомобилей.

Очень высокий интерес – и к битопливным (бинарным) система с газотурбинным наддувом. При работе на бензине можно достичь очень хорошего крутящего момента.

Параметры применяемого топлива прописываются в постоянной памяти. Если нужно заменить бензин на альтернативное топливо, изменяется программа смесеобразования. Это очень удобно.

Какой впрыск лучше?

Очень часто спорят: какой впрыск лучше.  Дешевле всего обойдутся решения, ориентированные на распределённый  впрыск. Подкупает и то, что они не требовательны к качеству топлива.

Если вам важно, чтобы была высокая топливная эффективность при минимальных значениях  вредных выбросов, однозначно стоит выбирать непосредственный впрыск. Да, эти решения дороже. Но лучше  заплатить больше единожды, чем постоянно “съедать” лишнее топливо. 

Кстати, дороговизна решения связана, главным образом, с тем, что производителям пришлось внести кардинальные изменения в конструкцию головок цилиндров, однако в ремонте эти двигатели значительно дороже простых и надёжных двигателей с распределённым предкамерным впрыском топлива.

Не просто изучить топливные системы, а попрактиковаться работать в поиске различных неисправностей в них вам поможет специализированный тренажёр на платформе  ELECTUDE. Отличное подспорье для автомобильных механиков и диагностов. 

Система впрыска

На современных автомобилях используются различные системы впрыска топлива. Система впрыска (другое наименование — инжекторная система, от injection – впрыск) как следует из названия, обеспечивает впрыск топлива.

Система впрыска используется как на бензиновых, так и дизельных двигателях. Вместе с тем, конструкции и работа систем впрыска бензиновых и дизельных двигателей существенным образом различаются.

В бензиновых двигателях с помощью впрыска образуется однородная топливно-воздушная смесь, которая принудительно воспламеняется от искры. В дизельных двигателях впрыск топлива производится под высоким давлением, порция топлива смешивается со сжатым (горячим) воздухом и почти мгновенно воспламеняется. Давление впрыска определяет величину порции впрыскиваемого топлива и соответственно мощность двигателя. Поэтому, чем больше давление, тем выше мощность двигателя.

Система впрыска топлива является составной частью топливной системы автомобиля. Основным рабочим органом любой системы впрыска является форсунка (инжектор).

Системы впрыска бензиновых двигателей

В зависимости от способа образования топливно-воздушной смеси различают следующие системы центрального впрыска, распределенного впрыска и непосредственного впрыска. Системы центрального и распределенного впрыска являются системами предварительного впрыска, т.е. впрыск в них производится не доходя до камеры сгорания — во впускном коллекторе.

Центральный впрыск (моновпрыск) осуществляется одной форсункой, устанавливаемой во впускном коллекторе. По сути это карбюратор с форсункой. В настоящее время системы центрального впрыска не производятся, но все еще встречаются на легковых автомобилях. Преимуществами данной системы являются простота и надежность, а недостатками — повышенный расход топлива, низкие экологические показатели.

Система распределенного впрыска (многоточечная система впрыска) предполагает подачу топлива на каждый цилиндр отдельной форсункой. Образование топливно-воздушной смеси происходит во впускном коллекторе. Является самой распространенной системой впрыска бензиновых двигателей. Ее отличает умеренное потребление топлива, низкий уровень вредных выбросов, невысокие требования к качеству топлива.

Перспективной является система непосредственного впрыска. Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Система позволяет создавать оптимальный состав топливно-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя, повысить степень сжатия, тем самым обеспечивает полное сгорание смеси, экономию топлива, повышение мощности двигателя, снижение вредных выбросов. С другой стороны ее отличает сложность конструкции, высокие эксплуатационные требования (очень чувствительна к качеству топлива, особенно к содержанию в нем серы).

Для снижения выбросов твердых частиц в атмосферу с отработавшими газами применяется комбинированная система впрыска, объединяющая систему непосредственного впрыска и систему распределенного впрыска на одном двигателе внутреннего сгорания.

Системы впрыска бензиновых двигателей могут иметь механическое или электронное управление. Наиболее совершенным является электронное управление впрыском, обеспечивающее значительную экономию топлива и сокращение вредных выбросов.

Впрыск топлива в системе может осуществляться непрерывно или импульсно (дискретно). Перспективным с точки зрения экономичности является импульсный впрыск топлива, который используют все современные системы.

В двигателе система впрыска обычно объединена с системой зажигания и образует объединенную систему впрыска и зажигания (например, системы Motronic, Fenix). Согласованную работу систем обеспечивает система управления двигателем.

Системы впрыска дизельных двигателей

Впрыск топлива в дизельных двигателях может производиться двумя способами: в предварительную камеру или непосредственно в камеру сгорания.

Двигатели с впрыском в предварительную камеру отличает низкий уровень шума и плавность работы. Но в настоящее время предпочтение отдается системам непосредственного впрыска. Несмотря на повышенный уровень шума, такие системы имеют высокую топливную экономичность.

Определяющим конструктивным элементом системы впрыска дизельного двигателя является топливный насос высокого давления (ТНВД).

На легковые автомобили с дизельным двигателем устанавливаются различные конструкции систем впрыска: с рядным ТНВД, с распределительным ТНВД, насос-форсунками, Сommon Rail. Прогрессивные системы впрыска — насос-форсунки и система Сommon Rail.

В системе впрыска насос-форсунками функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Насос-форсунка имеет постоянный (неотключаемый) привод от распределительного вала двигателя, поэтому подвержена интенсивному износу. Это качество насос-форсунки направляет предпочтения автопроизводителей в сторону системы Сommon Rail.

Работа системы впрыска Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (в переводе common rail — общая рампа). Другое название системы — аккумуляторная система впрыска. Для снижения уровня шума, улучшения самовоспламенения и снижения вредных выбросов в системе реализован многократный впрыск топлива — предварительный, основной и дополнительный.

Системы впрыска дизельных двигателей могут иметь механическое или электронное управление. В механических системах регулирование давления, объема и момента подачи топлива производится механическим способом. Электроника образует систему управления дизелем.

Что нужно знать о механическом впрыске топлива

Механический впрыск топлива (MFI) был разработан на заре автомобильных гонок и используется до сих пор. MFI имеет долгую историю с множеством различных форматов гонок: дрэг-рейсинг, гонки по кругу, гонки на лодках и соревнования на максимальной скорости, такие как те, которые проводятся на Bonneville Speed ​​Week. Фактически, пионер MFI Стюарт Хилборн из Hilborn Fuel Injection стал первым водителем, который когда-либо преодолел отметку в 150 миль в час на сухом озере Эль-Мираж в апреле 19 года. 48 с использованием механической топливной форсунки с постоянным расходом собственной разработки.

Простая регулировка холостого хода на головке Enderle Racing с механическим впрыском топлива.

Механический впрыск топлива хорошо подходит для двигателей без наддува или с наддувом и подходит для большинства типов топлива — газа, смесей этанола, метанола и даже смесей нитрометана. Установки могут варьироваться от простых систем с одним соплом стоимостью несколько сотен долларов до систем стоимостью в десятки тысяч долларов.

Как это работает?

После заполнения системы топливо подается непосредственно в двигатель для быстрого запуска. Его легко настроить: нужно сделать только одну или две регулировки в байпасном контуре для настройки хорошо развитой системы с соотношением воздух-топливо в качестве мощного параметра для точной настройки. Наконец, его просто настроить — не более чем управляемый водителем воздушный клапан для дросселирования с простой гидравлической системой подачи топлива.

Гоночный механический впрыск топлива на возмутительном, наддувном ностальгическом гоночном седане Ford

Механический впрыск топлива работает с простым воздушным клапаном, управляемым дроссельной заслонкой, и топливным насосом, обычно работающим на половине скорости двигателя. После забора топлива из вентилируемого топливного бака топливо подается через клапан ствола, который регулирует количество топлива в зависимости от положения воздушного клапана. Топливо проходит через клапан ствола, затем по топливопроводам непосредственно во впускную систему, питающую каждый цилиндр. Для настройки, простые изменения форсунки контролируют, сколько топлива поступает в каждый цилиндр. На двигателях без наддува правильно настроенная механическая система впрыска топлива обеспечивает мгновенный отклик дроссельной заслонки, что делает эту систему отличной для гоночных автомобилей.

Управление подачей воздуха осуществляется с помощью бабочек в топливной форсунке или коллекторе. Обычно механический трос с рычажным механизмом соединяется с управляемым водителем дросселем, а дроссельные заслонки регулируются упором дросселя на холостой ход. Механическая связь соединяет бабочки с клапаном ствола. Когда заслонки открываются, подавая больше воздуха в двигатель, клапан ствола открывается, подавая в двигатель больше топлива.

Эта базовая система показана на следующем рисунке.

Простая система впрыска топлива начинается с этих основных компонентов. Добавлены дополнительные компоненты для управления воздухом и дроссельной заслонкой для модуляции мощности. Дополнительные форсунки добавляются для подачи топлива в каждый цилиндр многоцилиндрового двигателя с любым количеством цилиндров, независимо от того, является ли он двухтактным, четырехтактным или роторным двигателем.

Для сравнения, электронный впрыск топлива (EFI) работает с аналогичным воздушным клапаном, хотя он может управляться дроссельной заслонкой или управляться электрически. Электрический топливный насос подает топливо при постоянном давлении топлива. Электронное управление модулирует рабочий цикл электронного впрыска топлива в зависимости от положения дроссельной заслонки и других факторов. В то время как EFI имеет гораздо больше управляемых функций, в то же время стоимость и понимание технологии для настройки намного больше.

Использование различных видов топлива

Системы MFI на спиртовом или нитротопливе в сочетании с принудительной индукцией могут обеспечить чрезвычайно высокие уровни мощности. Винтовые двигатели PSI объемом 500 кубических дюймов V8 на метаноле сообщают об уровне мощности более 4000 лошадиных сил, а у метанола есть и другие преимущества.

«Наш опыт показывает, что производительность спирта меняется примерно вдвое меньше, чем у бензина, при типичных изменениях условий воздуха», — говорит Майк Чиландо, владелец Alkydigger.

Дон Джексон из компании Don Jackson Engineering, бывший профессиональный дрэг-рейсер, руководитель Top Fuel Crew, производитель двигателей и нынешний гонщик Bonneville, сообщает об уровне мощности, превышающем 10 000 лошадиных сил от нитрометановых двигателей с наддувом и MFI. Эти уровни мощности были измерены специальным бортовым динамометром Дона, установленным на машинах NHRA Конни Калитты.

Хотя метанол и нитрометан являются распространенными видами топлива, другие виды топлива, такие как этанол или гоночный газ, также могут использоваться для механического впрыска топлива.

Иллюстрация механического впрыска топлива расширена за счет добавления схемы управления холостым ходом, цилиндрического клапана и нескольких форсунок, питающих узел шляпки дроссельного клапана. Они используются для модуляции воздуха, подаваемого в двигатель, что распространено в гонках по всему миру.

Компоненты системы механического впрыска топлива

Впрыск топлива с постоянным расходом управляется двигателем с помощью одного или нескольких из следующих компонентов:

• Воздухозаборник
• Лампы Ram, часто настраиваемые длина и громкость
• Пленум
• Коллектор поршня
• Корпус или крышка дроссельной заслонки для дросселирования воздуха.

Подача топлива в двигатель контролируется следующим:

• Топливный бак для хранения топлива
• Вентиляционное отверстие топливного бака позволяет воздуху попадать в топливный бак
• Шланги или трубки для транспортировки топлива от одного компонента к другому
• Механический топливный насос, рассчитанный на тип топлива, уровень мощности и диапазон оборотов двигателя
• Шланги форсунок, распределительный блок и линии форсунок для питания форсунок
• Форсунки для впрыска топлива в воздушный поток, поступающий в двигатель.

Компоненты топливной системы

Понимая базовую схему топливной системы, дополнительные компоненты делают систему механического впрыска топлива полезной.

• Цилиндрический клапан или дозирующий клапан регулируют необходимое количество топлива для запуска, частичного открытия дроссельной заслонки, движения и остановки. Клапан ствола также используется для дросселирования топлива при движении с частичной дроссельной заслонкой. Большинство баррельных клапанов имеют очень простую катушку или дозирующий цилиндр внутри клапана для управления потоком топлива. Добавлена ​​связь для управления золотником клапана ствола или дозирующим устройством от воздушного клапана. Это соединение между золотником и воздушным клапаном обычно включает в себя регулируемый талреп.
• Для управления запуском и холостым ходом в системе обычно предусмотрен контур холостого хода. Для Sprint Cars он используется как вторичный байпас при повышенном давлении для повышенного выброса топлива в качестве ускорительного насоса вне поворотов.

Клапан цилиндра на этом двигателе с продувкой спиртом показан с дополнительными топливными путями для различных функций настройки дрэг-рейсинга: запуск, выгорание, постановка, запуск и обеднение на высокой скорости.

В этой системе объем воздуха на холостом ходу устанавливается с помощью дроссельной заслонки. Давление пружины в клапане управления холостым ходом устанавливает объем топлива, как показано на рисунке.

В некоторых установках используется два набора сопел. Один набор предназначен для корпуса дроссельной заслонки или крышки (если они есть), а другой набор предназначен для портов коллектора. Второй набор предназначен для управления распределением топлива между цилиндрами. Все форсунки двигателя включают в себя форсунки топливной системы. Любые байпасные форсунки (включая основной байпас, высокоскоростной байпас, насос-спасатель или другие) отводят лишнее топливо от этих форсунок двигателя для поддержания надлежащего соотношения воздуха и топлива.

Большинство систем впрыска топлива имеют основной перепускной контур. В целях настройки это контур возврата топлива, обычно с ограничителем жиклера. В этих установках увеличенный топливный насос подает больше топлива, чем нужно двигателю. Избыточное топливо возвращается в систему подачи топлива через этот основной перепускной контур. Жиклер ограничивает поток и контролирует количество топлива, подаваемого в двигатель. Изменение размера основного перепускного жиклера является одним из способов настройки механического впрыска топлива, так как больший жиклер наклоняет двигатель, а меньший жиклер обогащает двигатель. Поддержание соотношения воздух/топливо путем изменения основного байпаса — простой метод, который оставляет остальные форсунки двигателя нетронутыми.

Для повышенного уровня регулировки соотношения воздух/топливо при более высоких оборотах двигателя добавлена ​​высокоскоростная перепускная форсунка, обеспечивающая больший контроль.

Простой высокоскоростной байпасный контур, используемый для корректировки топливной кривой при механическом впрыске топлива.

Другие компоненты, часто используемые в установке с механическим впрыском топлива, включают:

• Запорный топливный клапан
• Линейные топливные фильтры
• Манометры или преобразователи для регистрации данных
• Воздушный фильтр на некоторых установках, например, используемых в гонках по бездорожью или на уличных транспортных средствах.

Если вы хотите узнать больше о настройке вашей установки, ознакомьтесь с нашей предыдущей статьей о влиянии погоды на механический впрыск топлива.

Дополнительные форсунки

После настройки основных параметров можно добавить дополнительные форсунки для дальнейшего повышения производительности двигателя. Некоторые настройки MFI добавляют дриблер холостого хода для лучшего контроля количества топлива на холостом ходу, подаваемого в каждый цилиндр. Это особенно характерно для гонщиков с наклонной установкой двигателя, таких как драгстеры и забавные автомобили с двигателями, часто наклоненными вниз. Некоторые лодочные двигатели наклонены вниз или вверх, чтобы выровняться с приводами гребных винтов, которые выигрывают от дополнительных форсунок в портах для управления распределением топлива.

Дополнительные форсунки могут быть добавлены для большего количества топлива на верхнем уровне для эффекта набегающего потока воздуха. Например, в гонках Top Fuel обычно используется несколько дополнительных комплектов форсунок в комплекте. Стандартная установка включает:

• Шляпная насадка – один комплект
• Смазочные устройства воздуходувки – неполный набор, обычно в задней части воздуходувки
• Форсунка коллектора – два комплекта
• Форсунка отверстия головки цилиндра – два комплекта

Форсунки перепуска топлива MFI регулируют подачу топливной смеси в двигатель. Эти форсунки отводят определенное количество топлива от двигателя обратно в топливный бак, что полезно для управления общим потоком топлива в двигатель. Кроме того, высокоскоростные перепускные форсунки включаются, когда двигатель достигает определенной частоты вращения. Это уменьшает подачу топлива в двигатель при более высоких оборотах двигателя, когда объемная эффективность может упасть, что снижает потребность в воздухе на один оборот.

Двигатель драгстера Nostalgia nitro показан с распределительными блоками и линиями шляпы и портового сопла. Форсунки порта часто надеваются на напорную тарелку (латунная тарелка внизу справа на центральном фото), которая удерживает их закрытыми до тех пор, пока не увеличится скорость двигателя. Это обеспечивает большее давление топлива при низких оборотах двигателя для хорошей реакции.

Хотя большинство гонщиков методом проб и ошибок настраивают жиклеры своей топливной системы, поддержание числового управления настройкой может обеспечить постоянство и максимальную мощность. Поиск и поддержание оптимального соотношения воздух/топливо для вашей установки — это самый простой способ определить параметры перепускной струи для оптимальной настройки.

Внешние вспомогательные системы

Понимание впрыска топлива не будет полным без понимания того, как другие части установки работают с впрыском топлива.

Большим преимуществом MFI является его адаптируемость к различным конфигурациям цилиндров. Для большинства конфигураций, таких как рядные, V-образные, оппозитные или роторные двигатели, механический впрыск топлива можно легко адаптировать к различным расположениям цилиндров. Соображения включают низкую стоимость производства и простоту последующего обслуживания.

Механический впрыск топлива с коллекторами на уличном шатунном двигателе V8. Открытые, расширяющиеся воздухозаборники сглаживают поток всасываемого воздуха, увеличивая мощность.

Важен размер топливного насоса. Обычные установки включают топливный насос примерно на 25-50 процентов больше, чем требуется двигателю. Настройка проста путем контроля количества перепуска избыточного топлива обратно в систему подачи топлива. Кроме того, топливный насос должен питаться от соответствующей линии подачи, чтобы избежать кавитации на входе.

Некоторые гоночные классы, такие как Nostalgia Top Fuel, ограничивают размер топливного насоса. Чтобы соответствовать требованиям класса, гонщики используют топливные насосы увеличенного размера с ограничениями на входе. Это обеспечивает дополнительное топливо для большей мощности при более низких оборотах двигателя и совершенно новую эру тюнинговых трюков. Например, в дрэг-рейсинге Nostalgia A-Fuel правила класса в США определяют топливный насос примерно на 12 галлонов в минуту. Последний трюк заключается в использовании топливного насоса большего размера, который будет подавать примерно 15 галлонов в минуту без какого-либо ограничителя. Ограничитель на входе ограничивает производительность топливного насоса до значения 12 галлонов в минуту. Поскольку эта оценка производится при определенном давлении топлива и скорости топливного насоса, значение 12 галлонов в минуту поддерживается при более низких скоростях насоса. Для нитро-гонок это обеспечивает дополнительную мощность при низких оборотах двигателя за счет всего кислорода в нитро-топливной смеси.

При рассмотрении любых трубок, по которым течет топливо между топливным насосом и двигателем, избегайте прямых угловых фитингов или других острых изгибов. Они вызывают проблемы с потоком, что, в свою очередь, ухудшает стабильность и мощность двигателя, когда он находится под нагрузкой. Вместо этого следует использовать концы шлангов с трубчатыми изгибами, чтобы избежать проблем с потоком.

Самый быстрый в мире дверной молоток с наддувом — Camp and John Stanley «Daddy’s Caddy» — оснащен механической системой впрыска топлива от Rage Fuel Systems.

Заключение

Механический впрыск топлива легко настраивается от небольших установок до очень больших выходных мощностей. Небольшие 4-цилиндровые двигатели мощностью 100 лошадиных сил легко использовать в гонках на сверхмалых. С другой стороны, MFI является одним из основных компонентов огромных двигателей мощностью более 10 000 лошадиных сил в приложениях NHRA Top Fuel и Funny Car.

Гонщики с небольшим знанием MFI регулярно превышают расширенные цели производительности. Механический впрыск топлива — недорогая, мощная топливная система, которая выигрывает!

Различные типы систем впрыска топлива и как они работают?

Двигатель внутреннего сгорания в наших автомобилях не работал бы без топлива. Подачей этого необходимого топлива в камеры сгорания являются системы впрыска топлива. Многие характеристики вашего автомобиля во многом зависят от типа системы впрыска топлива в его двигателе, пробега, ходовых качеств, срока службы двигателя и т. д. Система впрыска топлива представляет собой мехатронную схему, представляющую собой комбинацию механических и электронных схем для подачи топлива в двигатель. идеальный объем в двигатель.

Поскольку система впрыска топлива является таким жизненно важным компонентом, инженеры по всему миру усовершенствовали ее до наиболее эффективной и действенной версии. В наши дни, несмотря на наличие различных типов систем впрыска топлива, широкая классификация сводит их к четырем основным типам: одноточечный впрыск топлива, многоточечный впрыск топлива, последовательный впрыск топлива и непосредственный впрыск топлива. Давайте пройдемся по этим категориям одну за другой и разберемся в их функциональности.

Одноточечный впрыск топлива или впрыск через корпус дроссельной заслонки

Система одноточечного впрыска имеет общую топливную форсунку для всех цилиндров в камере сгорания двигателя. Это самая старая и самая простая форма системы впрыска топлива. Вместо карбюратора одноточечный впрыск использует одну или две топливные форсунки в корпусе дроссельной заслонки, поэтому он также называется впрыском в корпус дроссельной заслонки (TBI).

Топливо впрыскивается во все цилиндры одновременно, однако, в отличие от жиклера карбюратора, оно поступает от форсунки и может контролироваться электронным блоком управления (ЭБУ). Хотя у него есть преимущество перед карбюратором, у него есть небольшой недостаток, заключающийся в том, что, поскольку он использует один инжектор, он нарушает работу двигателя на высоких оборотах и ​​ухудшает качество езды, поскольку требуемая подача топлива не выполняется. Кроме того, небольшая часть топлива конденсируется за пределами впускного коллектора цилиндров, что приводит к перерасходу топлива.

Многоточечный впрыск топлива или распределенный впрыск

В технологии многоточечного впрыска топлива (MPFI) каждый цилиндр в камере сгорания двигателя снабжен форсункой перед впускными клапанами (снаружи впускного отверстия), вот почему это также называется «инъекция порта».

Каждая форсунка впрыскивает топливо одновременно, и каждый цилиндр получает более точное количество топлива с меньшей вероятностью конденсации топлива вне впускного коллектора. Хотя MPFI имеет преимущество в меньшем расходе топлива по сравнению с TBI, поскольку топливо распыляется одновременно во всех цилиндрах, оно не синхронизируется должным образом с вращением всех поршней. Это приводит к холостому ходу топлива в двигателе и порту в течение 150 миллисекунд. Тем не менее, с точки зрения производительности, MPFI работают намного лучше, чем TBI.

Последовательный впрыск топлива

Система последовательного впрыска топлива устраняет единственный недостаток MPFI и является наиболее широко используемой системой впрыска топлива на сегодняшний день. В системе последовательного впрыска топлива топливные форсунки функционируют относительно цилиндров, к которым они подключены. Каждая форсунка впрыскивает топливо только тогда, когда открывается впускной клапан цилиндра. Он остается бездействующим для остальных шагов. ЭБУ контролирует движение цилиндров и запускает форсунки только при необходимости. Последовательный впрыск топлива является наиболее эффективным из всех систем впрыска топлива, доступных в настоящее время в автомобильной промышленности.

Непосредственный впрыск

При непосредственном впрыске топлива система сосредоточена на размещении форсунки внутри цилиндра для непосредственного впрыска топлива, минуя впускной клапан или коллектор. Хотя этот тип системы впрыска топлива обычно используется в дизельных двигателях, он также занимает значительное место в бензиновых двигателях, где он известен как GDI (прямой впрыск бензина).

В ранее упомянутых системах топливо распыляется на впуске, и всегда существует возможность некоторой конденсации топлива. Однако в системе прямого впрыска все топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, что обеспечивает максимальную экономию топлива, и это является ее самым большим преимуществом.