Непосредственный впрыск. Теория и практика. | Энциклопедия автолюбителей
руководства по ремонту автомобилей
   

Непосредственный впрыск. Теория и практика.

Непосредственный впрыск
С момента выхода этих двигателей на широкий рынок накопилось много публикаций, посвященных принципам их работы. Одни из них слишком академичны, в других хорошо описывается практическая часть, но принципы работы описаны слабо.
Попробуем соединить "лед и пламень", теорию и практику. Ибо теория без практики - мертва, практика без теории - слепа. Разберемся, как устроены эти зверушки, для чего были созданы, и как их приручить, т. е. отремонтировать. Материал публикуется по докладу на 3-м Слете Диагностов Украины.
Первыми на рынок двигателей непосредственного впрыска вышла японская фирма Mitsubishi с мотором GDI. Далее на рынке появились фирмы TOYOTA с мотором D-4, NISSAN с мотором NeoDi. Спустя некоторое время появились автомобили группы VAG - Фольцваген, Ауди, Шкода, оснащенные моторами FSI. Дальнейшее развитие этих двигателей напоминало снежный ком - все большее количество производителей склоняются именно к этому виду впрыска. В стороне пока стоят Лада, Таврия, Ланос и ряд других производителей. Но это вопрос времени и развития технологий.
Так что же такое моторы непосредственного впрыска? И зачем нужны?
Назначение:
Если вы ни разу не стояли в пробках - этот материал не для вас. Если стояли - меня поймете. Бензин расходуется, выхлопными газами дышим, а перемещение нулевое… Как накормить бензиновый двигатель меньшим количеством топлива в тех режимах, когда не нужна мощность? Например, в пробках или на светофоре.
Двигатель должен только провернуть сам себя. Дизельные двигатели решают эту проблему просто - впрыскивают минимальное количество топлива. На бензиновых двигателях этот способ неприемлем - стехиометрическая смесь (имеющая определенное соотношение топливо - воздух) должна быть. Иначе смесь гореть не будет, мотор работать откажется.
А что если смесь по цилиндру распределять неравномерно? Около свечи сделать стехиометрической, а в остальной части цилиндра бедной или вообще чистый воздух?! Метод получил название "Метод послойного смесеобразования". Первыми его применили японские концерны. Пробки в Японии на данный момент превосходят такие крупные города, как Киев, Москва, Берлин и др.
Как реализовать этот принцип? Очень просто. Делаем поршень с углублением посередине.
При засасывании воздуха в цилиндр возникает вихрь. Форсунка во впускном коллекторе открывается в точно рассчитанное время, и на короткий период, впрыскивая малое количество топлива. Эта порция топлива подхватывается вихрем и направляется к свече зажигания. В остальной части камеры сгорания находится чистый воздух.
Двигателя получили название "Learn Burn" - "бедное горение". Данный режим включался только в режиме малых нагрузок (рис. 2).
 
Непосредственный впрыск. Теория и практика.
Непосредственный впрыск. Теория и практика.
 
При обычной езде и в режиме мощностных нагрузок
этот двигатель работал, как обычный мотор MPI (распределенный впрыск). Применение данной схемы позволило обеспечить переменный коэффициент лямбда (коэффициент избытка воздуха) по всему объему камеры сгорания.
Около свечи он равен "1" (смесь стехиометрическая, горит хорошо), вдали от нее стремится к бесконечности. В среднем по цилиндру удалось получить этот коэффициент равным 1,6.
Таким образом, в режиме пробок наблюдалась топливная экономичность до 40%. В обычном стиле езды снижения расхода топлива нет.
Актуально для Японии с ее пробками, для стран Европы - нет. Данные о производстве европейских автомобилей, оснащенных таким видом впрыска, у автора отсутствуют. Но работы в этом направлении велись. Ведь за счет образования вихря происходило лучшее перемешивание топлива с воздухом и, как следствие, полное его сгорание. Токсичность выхлопа значительно снизилась, повысилась мощность и экономичность. Что такое вредные выбросы - это просто несгоревший бензин. Мощность падает, расход растет. Да и мы за свои деньги нюхаем всю эту гадость!
Начало положила фирма TOYOTA. По внешнему виду ничем не отличались от обычных двигателей. Имели другую форму поршня и измененный алгоритм работы блока управления. Входилились двухвальными, имели красную декоративную крышку. Но имели значительно меньшие вредные выбросы (и, как следствие, повышение мощности и экономичности). Их по праву можно считать прародителями моторов непосредственного впрыска.
Консервативная Европа с замиранием сердца следила за развитием передовой японской инженерной мысли. И эта мысль не заставила себя ждать. Как еще уменьшить подачу топлива в режимах, когда не нужна мощность? При реализации этой схемы бензин все равно "растекался" по остальному объему цилиндра.
А что если применить впрыск непосредственно в камеру сгорания, как на дизеле? Форсунка переместилась непосредственно в цилиндр. Схема приобрела следующий вид (рис. 2).
Эти двигатели получили название "Двигатели непосредственного впрыска". Вобрали в себя лучшие наработки бензиновых и дизельных двигателей. Рассмотрим системы построения впрыска моторов непосредственного впрыска GDI и FSI как наиболее распространенных.

МОТОРЫ GDI

Различается несколько режимов работы этих
Режим сверхбедных смесей
Характеризуется впрыском малого количества топлива на такте сжатия.
Коэффициент лямбда в среднем по цилиндру в этом режиме составил порядка 2,1 (1 - около свечи зажигания, бесконечность - чистый воздух - по всему остальному объему цилиндра).
Обороты холостого хода в этом режиме снижались с 700 rpm до 600 rpm.
Это позволило снизить расход топлива более чем в два раза. Для уменьшения риска выбросов окислов азота клапан EGR приоткрывался. Водитель предупреждался о включении этого режима зажиганием зеленой лапочки на приборной панели с надписью "ECONOM".

Режим бедных смесей

Другое название этого режима - "продувка".
Характеризовался повышенной подачей топлива на такте сжатия. Коэффициент лямбда составлял в среднем по цилиндру порядка 1,6. Обороты холостого хода возвращались к положенным 700 rpm. Клапан EGR оставался приоткрытым, лампочка "ECONOM" продолжала гореть.
Нормальный режим
Впрыск осуществлялся на стехиометрическую смесь по всему объему цилиндра в нормальных режимах и обогащенную в режиме прогрева и при мощностной нагрузке.
Напомню: в обычном режиме езды этот двигатель работает как обычный. Впрыск осуществлялся на такте всасывания - значительного снижения расхода топлива не наблюдается. Но за счет лучшего смесеобразования наблюдается резкое снижение токсичности выбросов.
Вот этим и заинтересовалась Европа и, наконец-то, был выпущен мотор FSI. Здесь я немного лукавлю перед тобой, мой читатель. На самом деле, первым серийным образцом моторов непосредственного впрыска в Европе явился Мерседес 300SL ("Серебряное Крыло"). Было это аж в 1953 году. Имел чисто механическую систему впрыска (наподобие K-Jetronic). Система получилась громоздкой, имела низкую надежность и на других моделях не применялась.

МОТОРЫ FSI

Изначально немецкими инженерами было принято решение отказаться от режима бедных и сверхбедных смесей. Какие пробки на автобанах?!
Основное назначение моторов FSI - повышение экологичности. Ведь кто захватит рынок автомобилей ЕВ-РО-5 (принято во всей Европе) и ЕВРО-6 (не за горами) - тот будет править автомобильным рынком.
В отличие от японских инженеров, основной упор был сделан на экологичность. На первый план вышел параметр, называемый ВРЕМЯ ОТКЛИКА ФОРСУНОК (будет рассмотрен в дальнейших статьях).
Для уменьшения его влияния, давление в рейке стало переменным. На холостом ходу составляет порядка 30 bar, при открытии дросселя (увеличение наполняемости цилиндра) достигает значения до 120 bar.
Экологичность достигалась высоким давлением впрыска и лучшим смешиванием "воздух- топливо" за счет вихреобразования в камере сгорания.

МОТОРЫ TSI

Представляют собой обычные моторы FSI. Только данная технология позволила оснастить их турбо-наддувом. Применение турбонаддува позволило снизить насосные потери, что еще больше позволило увеличить мощность и снизить расход топлива.
Подробное устройство, основные проблемы и способы их устранения будут рассмотрены в последующих статьях.
 

загрузка...

Теги: впрыск, двигатель, статья |


Будет полезно:




Жги в камментах! Для этого нужно:
[ Зарегистрироваться | Войти ]
Все права защищены MIA. - 2016
Версия PDA
Подняться на верх