Меню

Система аварийного впрыска высокого давления

Основы инжекторных систем

Данная статья позволит понять принцип работы инжекторных систем.

Основное отличие инжекторной системы подачи топлива от карбюраторной — подача топлива осуществляется путем принудительного впрыска топлива с помощью форсунок во впускной коллектор или в цилиндр.

Моновпрыск — одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). Моновпрыски отличались простотой и очень высокой надежностью, прежде всего из-за того, что форсунка находится в относительно комфортном месте, в потоке холодного воздуха.

Распределённый впрыск , или многоточечный впрыск — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:

Одновременный — все форсунки открываются одновременно.

Попарно-параллельный — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед тактом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливовоздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке датчика положения распределительного вала (датчик фаз).

Фазированный впрыск — каждая форсунка управляется отдельно и открывается непосредственно перед тактом впуска.

Непосредственный впрыск — впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

В блок управления при работе системы поступает со специальных датчиков информация о следующих параметрах:

— положении и частоте вращения коленчатого вала;

— массовом расходе воздуха двигателем;

— температуре охлаждающей жидкости;

— положении дроссельной заслонки;

— содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью);

— наличии детонации в двигателе;

— напряжении в бортовой сети автомобиля;

— положении распределительного вала (в системе с фазированным впрыском топлива);

— температуре входящего воздуха.

На основе полученной информации ЭБУ управляет следующими системами:

— топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),

— регулятором холостого хода,

— адсорбером системы улавливания паров бензина (если эта система есть на автомобиле),

— вентилятором системы охлаждения двигателя,

Синхронизация работы всех систем в инжекторе, определение начала отсчета и количества оборотов двигателя осуществляется при помощи индукционного датчика (может располагаться на коленвалу или распределителе зажигания) или датчика Холла (обычно расположен на распределителе зажигания). При выходе из строя этих датчиков, работа инжекторной системы не возможна (автомобиль самостоятельно двигаться не может).

Топливовоздушная смесь (ТВС) — мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля.

В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.

Эмпирическая формула дает определение «нормальной» ТВС, как смеси 14,7 килограмм атмосферного воздуха и 1 килограмма жидкого топлива. Топливная смесь, количество воздуха в которой больше указанного в соотношении, называется бедной, и, соответственно, богатой, при меньшем количестве воздуха.

бедная — воздуха > 14,7

Попытка уменьшить расход топлива путем регулировки топливной системы, зачастую приводит к неприятным последствиям. Увеличение количества воздуха в топливной смеси повышает температуру горения и приводит к преждевременным поломкам двигателя. Прогорание поршневых колец и эрозия стенок цилиндров – обычное дело при езде на обедненной ТВС. При все большем обеднении смеси наблюдается снижение мощности двигателя, при увеличении нагрузки появляются «провалы». Движение автомобиля становится дерганным, малейший подъем может стать непреодолимым препятствием. При достижении соотношения 30 к 1 мотор начинает глохнуть.

Читайте также:  Давление в шинах автомобиля гранта седан

Чрезмерное обогащение смеси не превратит стандартную модель в гоночный болид. При уменьшении содержания воздуха в ТВС двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, катастрофически возрастает расход топлива. По достижении определенной пропорции двигатель невозможно будет запустить. Скорость горения богатой смеси снижена, а потому ее догорание происходит уже в глушителе.

Стехиометрические отношения для различных типов топлива будут следующими:

— газ природный — 17,2:1

Т.к. плотность воздуха зависит от температуры и давления, то во многих инжекторных системах идет корректировка ТВС по температуре всасываемого воздуха и давлению.

+35 град — 1,1455 кг/м3

+30 град — 1,1644 кг/м3

+25 град — 1,1839 кг/м3

+20 град — 1,2041 кг/м3

+15 град — 1,2250 кг/м3

+10 град — 1,2466 кг/м3

+5 град — 1,2690 кг/м3

0 град — 1,2920 кг/м3

-5 град — 1,3163 кг/м3

-10 град — 1,3413 кг/м3

-15 град — 1,3673 кг/м3

-20 град — 1,3943 кг/м3

-25 град — 1,4224 кг/м3

Красная линия — зависимость от высоты отношения плотности воздуха на этой высоте к плотности воздуха на уровне моря, зеленая линия — зависимость от высоты отношения давления воздуха на этой высоте к давлению воздуха на уровне моря, синия линия — зависимость от высоты отношения температуры воздуха на этой высоте к температуре воздуха на уровне моря. Плотность на уровне моря — 1,225 кг/см3, давление на уровне моря — 101325 Па, температура на уровне моря — 288,15 К.

Массовое содержание топлива в ТВС определяется длительностью впрыска форсункой, которая зависит от количества поступившего воздуха в двигатель, оборотов и режима работы (мощностной, экономичный или холостой ход). Блок управления выбирает режим на основании угла открытия дросселя и оборотов.

Информацию об угле открытия дроссельной заслонки для блока управления дает датчик положения дроссельной заслонки. Самое распространенное исполнение в инжекторных системах — резистор переменного сопротивления, в редких случаях несколько концевых выключателей, говорящих о переходе в рабочий режим и последующем переходе в мощностной режим.

Суммарное время впрыска на одновременном и попарно-параллельном способе одинаково, на фазированном — в два раза выше, т.к за 1 цикл одновременного и попарно-параллельного впрыска форсунка включается 2 раза, а на фазированном — 1, поэтому время ее работы увеличено примерно в 2 раза.

Массовый расход воздуха блок управления может вычислить по расходомеру воздуха и температуре воздуха, или по совокупности показателей: угол открытия дросселя, обороты, абсолютное давление и температура воздуха.

Датчик кислорода участвует в обратной связи и предназначен для определения содержания кислорода в отработавших газах.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) служит для определения коррекции топливоподачи и зажигания по температуре двигателя (на холодную используется более богатая смесь).

Блок управления определяет режим холостого хода при выполнении следующих условий (возможно одного из них):

— Положение дросселя менее установленного значения,

— Сработал концевой выключатель признака холостого хода,

— Обороты двигателя менее определенного значения.

Нераспознание ЭБУ признака ХХ приводит к неправильным оборотам на холостом ходу.

Грубая регулировка оборотов на ХХ осуществляется регулятором добавочного воздуха (добавочный воздух в обход дроссельной заслонки или приоткрывание дроссельной заслонки), а точная – с помощью изменения УОЗ (может быть не во всех системах). Регулятор управления УОЗ включается, если рассогласование оборотов превысило зону нечувствительности регулятора УОЗ.

Читайте также:  При нормальном атмосферном давлении высота ртутного столба

Инжекторные системы отличаются малым расходом толпива и стабильностью работы, помогают получить большую отдачу от двигателя.

Кому интересно, подписывайтесь.

Источник

Как работает непосредственный впрыск и так ли он хорош

Дифирамбов прямому впрыску достаточно написано в рекламных материалах. А мы попробуем говорить относительно беспристрастно.

Что такое непосредственный впрыск

Это такое устройство топливной системы, при котором бензин впрыскивается форсункой прямо в цилиндр. Этим он отличается от впрыска «обыкновенного» — когда форсунка впрыскивает топливо во впускной коллектор.

Называть эту систему инновационной, пожалуй, уже поздновато — она была реализована на многих самолетах времен Великой Отечественной войны. Так, например, она была применена на истребителе Ла-5ФН.

А вот на автомобилях относительно массовой она стала уже в конце двадцатого-начале двадцать первого века, примерно с появлением электронного управления двигателем. Это в первую очередь была фирма Mitsubishi с системой, которую они назвали GDI. Потом за ними потянулись и другие японские марки — так, например, можно назвать Toyota с двигателем D-4. Потом все это как-то притихло, и вот начавшее падать знамя непосредственного впрыска подхватил концерн VAG, да так, что по этой узкой тропинке между экономией на топливе и экономией на стоимости компонентов двигателя ломанусь и многие другие автопроизводители.

Для чего все это затевалось

Как бы ни кипел и бушевал внутренний инженер внутри любого сотрудника автомобильной компании, разработка большинства тех систем, что мы видим в современных автомобилях, вызвана была отнюдь не желанием сделать самый высокотехнологичный продукт. Нет, как правило, толчком всех инноваций в системах, управляющих формированием смеси, служат экологические нормы. Широким росчерком пера регулирующие органы вводят новые нормы. После этого (а как правило, несколько раньше) автопроизводители внедряют новые системы, позволяющие этим нормам удовлетворять.

Нам сложно сейчас судить о том, какая мотивация была у фирмы Mitsubishi, но исходя из общих тенденций — как минимум, очень схожая.

Главной особенностью («киллер-фичей», если задействовать сленг из другой профессиональной области) технологии GDI позиционировалась возможность работы на сверхбедных смесях. Здесь сразу надо сделать отступление и рассмотреть обычный режим работы двигателя.

На такте впуска поршень в цилиндре идет вниз, открывается впускной клапан, а форсунка «брызгает» топливом. Порцию топлива вместе с воздухом засасывает в цилиндр создаваемым разрежением. Попутно из-за турбулентности и тому подобных эффектов топливо перемешивается с воздухом, и продолжает это делать на такте сжатия, когда впускной клапан закрыт, а цилиндр идет вверх. Таким образом, к моменту достижения верхней мертвой точки в цилиндре оказывается сжатая равномерная смесь. Причем количество топлива, впрыснутое форсункой, рассчитывается так, чтобы его соотношение к воздуху составляло 1:14,7 (или немного беднее/богаче в зависимости от требуемого режима работы двигателя) — такая смесь называется стехиометрической, и горит лучше всего.

А идея работы на сверхбедной смеси заключается в том, что топливо впрыскивается в цилиндр на такте сжатия, когда поршень уже почти достиг верхней мертвой точки. Благодаря специальной форме днища поршня, впрыснутая порция топлива завихряется таким образом, что по центру камеры сгорания (в районе свечи зажигания) образуется область со стехиометическим соотношением, а вокруг нее — сплошной чистый воздух. Суммарно соотношение топлива к воздуху в цилиндре составляет вплоть до 1:40, за что и получено название сверхбедной смеси. При этом режим этот применяется на малых нагрузках, когда горения этого малого заряда смеси достаточно для того, чтобы крутить двигатель.

Читайте также:  Регуляторы давления газа высокое давление

Еще этот режим называется «послойным» (слой воздуха-слой нормальной смеси) или гетерогенным (т.к. состав смеси в цилиндре неоднородный). Вот так это выглядит на картинке:

При этом, разумеется, никто не запрещает и не мешает работать в штатном режиме — впрыскивая топливо на такте впуска (пусть и в цилиндр, а не во впуск). За время такта впуска и сжания воздух перемешается с топливом ничуть не хуже. Более того, этот режим даже необходим — в режимах средних и больших нагрузок.

Увы, засада ждала со стороны той же экологии. В режиме сверхбедной смеси в камере сгорания оказались идеальные условия для образования оксидов азота (NOx) — высокая температура и избыток воздуха. Для решения этой проблемы стали городить специальное дополнение к катализатору. В нем оксиды азота задерживались, а потом, при переходе в режим гомогенной смеси, получаемыми соединениями CH восстанавливались до безобидных соединений. Поэтому мотор с послойным смесеобразованием на холостом ходу будет периодически переходить на режим обычного смесеобразования, а потом возвращаться обратно.

Все эти механизмы решения проблемы в итоге тратили слишком много ресурсов при сомнительном результате — существенной экономии топлива послойное смесеобразование так и не дало. Настолько, что и VAG в конечном итоге отказался от режима послойного смесеобразования — хотя в его линейке и остались двигатели со словами FSI — но самого режима » Fuel Stratified Injection» (так это расшифровывается) в нем не осталось. Преемником стали системы TSI, которые хоть этого режима и не имеют, но по-прежнему впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр.

А зачем тогда непосредственный впрыск?

Хотя затея со сверхбедной смесью и провалилась, непосредственный впрыск остался. Это не случайно. Возможность впрыскивать топливо в произвольном количестве и в произвольный момент позволяет гораздо более гибко управлять составом смеси, добиваясь более высоких показателей как в части экологичности, так и в части мощности. Конечно, никакой революции эта технология не принесла, но управлять точнее стало можно.

Надо заметить, впрочем, что дальнейшая практика показала, что в некоторых режимах непосредственный впрыск приводит к повышенному количеству токсичных выбросов. Поэтому у того же концерна VAG есть системы, содержащие в себе два набора форсунок — низкого давления для впрыска в коллектор, и высокого давления — для впрыска в цилиндр.

Конструктивные отличия системы с непосредственным впрыском

Существенных отличий, если говорить о топливной системе, а не о программе в блоке управления, не так уж и много. В сущности, это просто наличие ТНВД в топливном контуре:

Помимо насоса, в системе еще присутствует датчик давления и клапан-регулятор давления топлива, управляемый электронно. Это необходимо, так как блок управления может менять давление топлива в магистрали высокого давления в зависимости от режима.

Так это ж почти дизель? Зачем тогда вот это все?

Да, по схеме топливной системы это почти дизель. Но разница в принципе воспламенения, величинах давления и других параметрах довольно велика. Поэтому все же, несмотря на все «навороты», это классический бензиновый двигатель со всеми присущими ему особенностями. А об устройстве дизеля мы поговорим в следующем выпуске.

Источник

Adblock
detector