Система распределенного впрыска топлива

1 — топливный бак; 2 — топливный фильтр; 3 — топливный насос; 4 — электронный блок управления; 5 — регулятор давления топлива; 6 — накопитель топлива; 7 — инжектор; 8 — пусковая форсунка; 9 — винт регулировки холостого хода; 10 — дроссельная заслонка; 11 — датчик массового расхода топлива; 12 — реле управления; 13 — лямбда-зонд; 14 — датчик детонации; 15 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 16— распределитель зажигания; 17— клапан стабилизации холостого хода; 18 — винт регулировки системы охлаждения; 19 — аккумуляторная батарея; 20 — замок зажигания

Топливный насос высокого давления (ТНВД). Механический насос (подобный ТНВД дизельного двигателя) развивает давление в 50 бар (у инжекторного двигателя электронасос в баке создает в магистрали давление около 3—3,5 бар).

Форсунки высокого давления с вихревыми распылителями создают форму топливного факела в соответствии с режимом работы двигателя. На мощностном режиме работы впрыск происходит на режиме впуска и образуется конический топливовоздушный факел. На режиме работы на сверхбедных смесях впрыск происходит в конце

Рис. 3.6. Элементы системы распределенного впрыска [3] (слева) и схема подачи топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя (справа)

такта сжатия и формируется компактный топливовоздушный факел, который вогнутое днище поршня направляет прямо к свече зажигания.

В днище поршня особой формы сделана выемка, при помощи которой топливовоздушная смесь направляется в район свечи зажигания.

На двигателе GDI применены вертикальные впускные каналы, которые обеспечивают формирование в цилиндре «обратного вихря», направляя топливовоздушную смесь к свече и улучшая наполнение цилиндров воздухом (у обычного двигателя вихрь в цилиндре закручен в противоположную сторону).

Компания Mitsubishi стала пионером в применении непосредственного впрыска топлива. На сегодняшний день аналогичную технологию используют Mercedes (CGI), BMW (HPI), Volkswagen (FSI, TFSI, TSI) и Toyota (JIS). Главный принцип работы этих систем питания аналогичен — подача бензина не во впускной тракт, а непосредственно в камеру сгорания и формирование послойного либо однородного смесеобразования в различных режимах работы мотора. Но подобные топливные системы имеют и различия, причем иногда довольно существенные. Основные из них — рабочее давление в топливной системе, расположение форсунок и их конструкция.

Аббревиатура FSI расшифровывается как Fuel Stratified Injection, что в переводе с английского означает «послойный впрыск топлива». Топливная аппаратура двигателя с системой впрыска FSI сделана по аналогии с дизельными агрегатами: насос высокого давления нагнетает бензин в топливную рампу, общую для всех цилиндров. Топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания через форсунки с электромагнитными клапанами. Команда на открытие каждой форсунки подается из центрального блока управления, а фазы ее работы зависят от оборотов и нагрузки двигателя.

Преимущества бензинового двигателя с прямым впрыском:

• • благодаря форсункам с электромагнитными клапанами возможен впрыск строго дозированного количества топлива в камеру сгорания в определенное время;
• • изменение фаз впускного распределительного вала на 40 градусов обеспечивает хорошую тягу на низких и средних оборотах;
• • использование рециркуляции выхлопных газов уменьшает эмиссию токсичных веществ;
• • двигатели с прямым впрыском FSI на 15 % экономичнее бензиновых двигателей с традиционной системой впрыска.

Система представлена в 2000 г. Как и в GDI для японского рынка, FSI может работать в двух режимах — экономичном (при малых и средних нагрузках) и обычном (большие нагрузки). В экономичном (равномерное движение на скоростях до 120 км/ч) впрыск топлива происходит при такте сжатия, а в обычном режиме — при такте впуска, как и в системе питания с распределенным впрыском.

Повышенное давление впрыска (100 бар) обеспечивает более своевременную подачу топлива и качественное его распыление. Увеличен наклон форсунки, а впускной канал разделен специальной перегородкой на две части. Воздух может поступать либо через одну

Рис. 3.7. Пример системы непосредственного впрыска [4] часть его сечения, либо через обе. На малых оборотах поток воздуха проходит через одну половинку канала, что позволяет увеличить его скорость для получения лучшего завихрения потока. На больших оборотах перегородка открывается, воздух поступает через весь канал, и скорость потока остается примерно такой же, как и на малых оборотах.

Если сравнить двигатели Volkswagen рабочим объемом 1,4 л с распределенным и непосредственным впрыском, устанавливаемые на модели Polo, нетрудно заметить, что FSI на 11 л. с. мощнее (86 л. с. против 75 л. с.) и обеспечивает меньший расход горючего (4,7—7,7 л против 5,8—10,2 л/100 км).

Распределенный многоточечный впрыск

Система впрыска – основной составляющий элемент системы топлива в транспортном средстве, форсунка выступает в качестве основного рабочего «органа». На сегодняшний день не составит труда найти большое количество разнообразных устройств, их задача сводится к обеспечению впрыска. В статье будет рассмотрен многоточечный впрыск – его особенности, достоинства, а также основные отличия от некоторых других систем.

Особенности действия

Особенности деятельности и существования данной системы базируются на том, что необходимо обеспечивать бесперебойную подачу топлива в цилиндры с помощью форсунок, число которых равно количеству цилиндров.

Если рассматривать классификационные моменты по принципу работы, то можно выделить две основные группы систем – непрерывный впрыск и импульсную подачу. Есть электронный и механический варианты контроля их работы.

Разновидности

Рассматривая конструкции, которые предполагают распределенный впрыск топлива, можно выделить наиболее распространенные моменты:

• K-JETRONIC – механический элемент в непосредственной подаче топлива, используется часто.
• L-JETRONIC – система, в которой наблюдается импульсное действие элементов, находящихся под электронным управлением.
• KE-JETRONIC – механический элемент подачи топлива непрерывного типа.

Надо отметить, что все эти варианты уже устарели и являются очень капризными конструкциями.

Таким образом, система может иметь несколько разновидностей, зависящих от определенного набора факторов и характеристик работы.

Другой вариант классификации

Система может быть нескольких видов и вариантов.

• Одновременная комбинация – с практической точки зрения встречается редко. За один оборот все форсунки в ней срабатывают в одновременном порядке.
• Параллельная работа (попарно) – в течение одного оборота вала происходит парное срабатывание форсунок, по одному разу за оборот.
• Фазированная, последовательная – когда за выполнение валом одного оборота происходит отдельное регулирование любой из форсунок. При этом открытие элемента осуществляется 1 раз перед впуском.

Независимо от варианта классификации все механизмы имеют различия по ряду параметров, учитываемых в ходе эксплуатации.

Устройство

Система в целом имеет в составе основные узлы.

1. Бак топлива – является компактным элементом, который имеет насос, фильтр для чистки от механических частиц. Он предназначен для хранения топлива.
2. Инжектор используется с целью образования смеси – эмульсии, а также для ее подачи в цилиндры.
3. Блок управления – его установка осуществляется непосредственно на двигателях с инжектором.
4. Топливный насос – используется обычно традиционный вариант. Он представлен электрическим двигателем с высокой мощностью.

Таким образом, рассматриваемый механизм является простым и прогрессивным, позволяет добиваться нужных результатов при его использовании и ездить с комфортом.

Особенности многоточечного механизма

Система впрыска используется почти всеми изготовителями авто.

Управление каждой форсункой производится в «личном» порядке. Время, когда это происходит, заложено программой управленческого блока. Если их активировать, происходит замена параллельным пуском.

Система по мере прогревания двигателя может демонстрировать должные качества работы на повышенных оборотах. Поломка датчика способствует иногда переходу устройства в полностью аварийный режим, его показания учитывает блок управления в процессе определения дозировки жидкости. Управление таким механизмом сегодня производится посредством специального компьютера, который называется электронным управленческим блоком. Для вычисления нужного момента открытия форсунок важно получать информационные данные от датчиков. Важный показатель – объем потоков, которые поступают в двигатель и измеряются датчиком.

В процессе вычисления подачи определенного количества топлива, которое необходимо для бесперебойной работы агрегата, компьютер анализирует другую информацию – это температурные и влажностные режимы, набор прочих параметров.

Резюме

Таким образом, рассматриваемая система впрыска топлива является достаточно простой и оригинальной в своей работе, позволяя пользователям достигать комфортного результата и чувствовать себя за рулем безопасно.

Впрыск топлива: прямой vs распределенный.

впрыск На вопрос о том, что делается при воздействии на педаль акселератора, можно услышать от большинства автовладельцев банальный ответ, который правильным можно назвать лишь наполовину: происходит увеличение либо уменьшение подачи топливной смеси в силовой агрегат.

На самом деле, при помощи газовой педали осуществляется управление воздухоподачей внутрь цилиндров. А в зависимости от температуры мотора и его реальной производительности, будет подано и необходимое количество топлива для приготовления оптимального состава горючей смеси.

Например, у давно устаревших двигателей с карбюратором дозировка бензина осуществлялась по принципу разрежения воздуха, находящегося за заслонкой дросселя, управление которой осуществлялось педалью «газ». Сразу стоит сказать, что дозировка бензина в таком типе силового агрегата не отличалась точностью, вследствие чего карбюраторный мотор нельзя было назвать экономичным и экологически безопасным. В итоге это и послужило толчком к полному списанию карбюраторных моторов с производства.

Карбюраторные системы впрыска топлива с успехом заменили системы форсунок, подача и впрыск топливной смеси в которых осуществляется под давлением, его обеспечивает бензонасос.

Выделяют три основных типа систем впрыска:

Однако сегодня на автомобилях применяются только последние две. Если говорить о центральной системе распределения впрыска (моновпрыске), то ее работа оказалась неэффективной, поскольку топливная смесь неравномерно распределялась по цилиндрам, а на впуске возникало значительное сопротивление, в результате чего не удалось достичь требуемого уровня экономичности. По этой причине и в связи с ужесточением норм экологической безопасности, моноврпрыск, как и карбюратор, также канул в Лету.

Относительно распределительной (многоточечной) системы впрыска MPI -Multi Point Injection можно сказать, что в ее работе также далеко не все в порядке. Однако, ее «конкуренту» – системе прямой подачи топлива, которую с конца ХХ века стал использовать на всем своем модельном ряде концерн Mitsubishi, более чем за 15 лет так и не получилось отправить MPI в отставку. Теме не менее, по прогнозам специалистов, это когда-нибудь да случится, и систему распределительного впрыска, как карбюратор и центральный впрыск отправят на «свалку автомобильной истории».

Действительно ли использование системы прямой топливоподачи настолько эффективно и оправдано, что скорое вытеснение с рынка MPI неизбежно? Дабы правильно ответить на этот вопрос, стоит провести сравнение этих систем топливоподачи.

В отличие от центрального типа топливовпрыска в этих обеих системах бензин впрыскивается через форсунку в цилиндр силового агрегата, но в распределенной системе предусмотрен впускной коллектор, через который вначале проходит топливо.

Во время прямой подачи топлива его впрыск осуществляется непосредственно в цилиндр, а точнее, в его камеру сгорания. Пожалуй, это и является главным отличием двигателей, которые у разных производителей имеют свои буквенные обозначения: CGI (Mercedes), FSI (Volkswagen), GDI (Mitsubishi), HPi (Peugeot) от модельного ряда моторов MPI.

Интересно, а чем же так хорош прямой впрыск топлива в цилиндр? Реально – ничем, если учитывать конструкционные особенности моторов. А все потому что в этом случае на создание горючей смеси и испарение паров бензина выделено слишком мало времени, чем при его прохождении через впускной коллектор, когда на выходе в цилиндр поступает уже полностью готовая смесь.

Рассмотрим и другие отличия агрегатов HPi, GDI, CGI и FSI от модельного ряда MPI-моторов:

1. В системе прямого впрыска, давление проходящего через форсунку топлива, в несколько десятков раз выше, нежели в системе распределенного впрыска. Это достигается благодаря применению ТНВД в конструкции силовых агрегатов с прямым топливовпрыском.
2. Специальная конструкция форсунок системы прямой топливоподачи позволяет раскручивать капельки бензина на выходе, благодаря чему быстрее осуществляется их испарение. В то время как вся функция форсунки распределительной системы состоит из средств формирования топливного факела.

Как видно, система топливоподачи MPI гораздо проще во всех отношениях. Но, это далеко не все. В двигателях с прямой подачей топлива на их производительность влияет распределение воздуха внутри них и количество впрыснутого топлива в цилиндры. По этой причине поршневая часть в агрегатах с системой прямого впрыска имеет сложную профилированную конструкцию.

Подобную функцию выполняют и клапаны впуска в конструкции коллектора системы прямой подачи топлива. В конструкции HPi, GDI, CGI и FSI агрегатов предусмотрено послойное образование горючей смеси. Это говорит о том, что полностью сгорает лишь небольшое количество топлива, находящееся вблизи свечи зажигания либо происходит процесс разрушения этого облака из горючего для того, чтобы сделать всю рабочую смесь более обогащенной. В силовых бензиновых агрегатах конструкции MPI каналы для впуска топлива необходимы исключительно для впрыска смеси бензина с воздухом в цилиндры, поэтому они не имеют заслонок и винтовой формы, как моторы с прямой топливоподачей.

Такими «наворотами» перечисление отличий системы прямой подачи топлива от распределенной не заканчивается. Однако, большинство заметных моментов уже описаны выше. Если копнуть поглубже, то стоит отметить, что топливный насос высокого давления, наличие специального впускного коллектора, поршневой части особой конструкции и сложной системы форсунок отчасти можно отнести к недостаткам, наличие которых вовсе не говорит, что лишенным этого двигателям MPI придется сойти с дистанции. Во всяком случае, в ближайшее время.

Но, рано или поздно, это все же произойдет. И опять-таки по той же причине, которая относительно недавно сделала карбюратор и систему центральной подачи топлива достоянием политехнических музеев – отсутствие у системы распределенной подачи бензина высоких показателей экономии топлива без потери мощности силового агрегата, и большое количество вредных соединений в выхлопных газах автомобиля. Проведенные тестирования систем топливоподачи выявили, что силовые агрегаты с системой прямого впрыска топлива в отличие от других моторов, имеющих одинаковый объем, позволяют экономить порядка 20-25% топлива, при этом их мощность возрастает на 10%. Естественно, что ни один из существующих автопроизводителей не станет пренебрегать заявленными удовольствиями!

Но, наличие большого количества преимуществ вовсе не говорит об отсутствии недостатков. У системы прямой подачи топлива есть свой «скелет в шкафу». Если рассматривать экологическую составляющую использования прямого впрыска, то она практически идеальна, за исключением одного «но» – повышенного содержания сажи в выхлопных газах. Это и делает систему прямой топливоподачи единственным конкурентом дизельным силовым агрегатам. А это уже реальная возможность FSI поладить с MPI. Это было бы классно, но, во всяком случае, этим системам придется ладить друг с другом в одном двигателе.

Именно эту идею и воплотили в жизнь конструкторы компании Volkswagen, объединив в одном моторе обе системы MPI и FSI. Двигатели 1,8 и 2,0 TFSI относятся к третьему поколению агрегатов EA888.