Устройство и принцип действия система непосредственного впрыска бензина Bosch Motronic MED 7Система улавливания паров бензина активированным углем

Центральный впрыск топлива или моновпрыск

Благодаря простоте, надежности и сравнительно невысокой стоимости система центрального впрыска (моновпрыска, точечного впрыска) нашла применение на недорогих автомобилях. При этом она уступает системе распределенного впрыска по мощностным и экономическим показателям, так как допускает образование топливной пленки на стенках впускного трубопровода, как и в случае применения карбюратора.
Кроме того, из-за большого расстояния между форсункой и впускными клапанами ухудшается работа двигателя на режиме разгона, а значительные габаритные размеры самой форсунки увеличивают гидравлическое сопротивление впускной системы.

По этим причинам системы питания бензиновых двигателей, использующие центральный впрыск (моновпрыск) в настоящее время уступили место системам с распределенным и непосредственным впрыском, лишенным описанных выше недостатков.

***

Принцип действия системы с центральным впрыском

Форсунка 2 (Рис. 1), управляемая электронным блоком управления (ЭБУ) 4, подает топливо во впускной трубопровод.
Воздух, поступающих из воздухоочистителя, проходит через измеритель 1 расхода воздуха, смешиваясь с бензином, образует топливовоздушную смесь. Бензин из топливного бака подается через фильтра 6 с помощью электрического насоса 7 под давлением 100…150 кПа.

Электронный блок управления (ЭБУ) выдает управляющий сигнал форсунке на основании сигналов, полученных от измерителя 1 расхода воздуха, датчика 8 положения и скорости открытия дроссельной заслонки и датчика 9 температуры охлаждающей жидкости.
От аккумуляторной батареи 5 осуществляется питание электроэнергией электронного блока управления.
Впрыск бензина происходит прерывисто с частотой, соответствующей частоте вращения коленчатого вала.

Форсунка 2 объединена с регулятором 3 давления, дроссельной заслонкой и регулятором 10 холостого блока в одном блоке.

***

Учебные дисциплины
  • Инженерная графика
  • МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
  •       Общее устройство автомобиля
  •       Автомобильный двигатель
  •       Трансмиссия автомобиля
  •       Рулевое управление
  •       Тормозная система
  •       Подвеска
  •       Колеса
  •       Кузов
  •       Электрооборудование автомобиля
  •       Основы теории автомобиля
  •       Основы технической диагностики
  • Основы гидравлики и теплотехники
  • Метрология и стандартизация
  • Сельскохозяйственные машины
  • Основы агрономии
  • Перевозка опасных грузов
  • Материаловедение
  • Менеджмент
  • Техническая механика
  • Советы дипломнику
Олимпиады и тесты
  • «Инженерная графика»
  • «Техническая механика»
  • «Двигатель и его системы»
  • «Шасси автомобиля»
  • «Электрооборудование автомобиля»

Особенности многоточечного механизма

Система впрыска используется почти всеми изготовителями авто.

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.

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.

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.

Системы с распределенным впрыском топлива

Топливо подается
вблизи впускных клапанов каждого
цилиндра с помощью механических или
электромеханических форсунок. Преимущества
распределенно­го впрыска по сравнению
с центральным:

    • экономия топлива
      за счет его более равномерного
      распределения по ци­линдрам. В
      системах с центральным впрыском подача
      топлива регулирует­ся под цилиндр,
      получающий наиболее бедную смесь, в
      результате суммар­ное потребление
      топлива возрастает;

    • в системах с
      распределенным впрыском есть возможность
      оптимизировать конструкцию впускного
      коллектора под подачу максимального
      количества воздуха, в результате с
      двигателя снимается большая мощность;

    • за счет подачи
      топлива непосредственно в зону впускных
      клапанов умень­шается транспортное
      запаздывание, двигатель быстрее
      реагирует на изме­нение положения
      дроссельной заслонки;

    • за счет сокращения
      транспортного запаздывания в системе
      стабилизации стехиометрического
      состава топливовоздушной смеси по
      сигналу с датчика кислорода повышена
      частота переключений «бедная смесь —
      богатая смесь». Это улучшает работу
      каталитического нейтрализатора,
      уменьшается содержание токсичных
      веществ в выхлопных газах.

В системах
распределенного постоянного впрыска,
нр. K-Jetronic
фир­мы BOSCH,
количество подводимого воздуха непрерывно
измеряется расходо­мером, а масса
впрыскиваемого топлива пропорциональна
объему поступающего воздуха. Система
поддерживает стехиометрическое
соотношение 1:14,7 в ТВ-смеси, кроме
переходных режимов и работы двигателя
с полной нагрузкой. Топливо впрыскивается
постоянно, его количество регулируется
дозатором-рас­пределителем, управляемым
расходомером воздуха и регулятором
управляющего давления. В свою очередь
воздействие регулятора управляющего
давления определяется величиной
подводимого к нему разреженияво
впускном коллекторе и температурой ОЖ.
В этой чисто механической системе
используются датчики температуры на
основе биметаллических пластин. Датчики
управляют работой дозатора-распределителя
через систему диафрагм и патрубков.

В системах
распределенного постоянного впрыска
с электронным управле­нием, нр. в
KE-Jetronic,
используется больше датчиков, информация
с которых обрабатывается в микропроцессорном
ЭБУ. Управляющее давление в
дозаторе-распределителе меняется
электрогидравлическим регулятором по
командам ЭБУ. За счет электронного
управления лучше оптимизировано
дозирование топлива.

Наиболее совершенными
являются системы прерывисто­го
распределенного впрыска топлива. В них
давление подводимого к форсункам топлива
поддерживается постоянным по отношению
к впускному коллектору. Ко­личество
подаваемого топлива регулируется
временем включения электромагнит­ных
форсунок, управляемых непосредственно
от ЭБУ, чем достигается высокое
быстродействие и точность дозирования.
Неотъемлемыми частями современных
систем подачи топлива с прерывистым
впрыском являются:

• датчик массового
расхода воздуха (массметр), обычно
термоанемометриче-ский;

• система дозирования
топлива: электробензонасос, топливный
фильтр, рам­па форсунок, электромагнитные
форсунки, регулятор давления топлива.
Бензонасос подает топливо в рампу под
давлением 250…350 кПа. Регулятор давления
поддерживает постоянный перепад давления
между впускной тру­бой и нагнетающей
магистралью рампы, излишки топлива
возвращаются в бензобак по линии слива.
Соленоиды форсунок управляются силовыми
транзисторами эбу.
В некоторых
системах имеется дополнительная
пуско­вая форсунка, которая
устанавливается за дроссельной заслонкой
и вклю­чается при холодном пуске
двигателя;

• датчик кислорода,
сигнал которого используется ЭБУ для
работы в замкну­том режиме стабилизации
стехиометрического состава топливовоздушной
смеси.

Виды систем впрыска дизельных ДВС

На современных дизельных двигателях применяются такие системы впрыска, как система насос-форсунки, система Сommon Rail, система с рядным или распределительным ТНВД (топливным насосом высокого давления).

ТНВД является центральным элементом любой топливной системы дизельного двигателя.

В дизелях подача горючей смеси может осуществляться как в предварительную камеру, так и напрямую в камеру сгорания (непосредственный впрыск).

На сегодняшний день предпочтение отдается системе непосредственного впрыска, которую отличает повышенный уровень шума и менее плавная работа двигателя, по сравнению с впрыском в предварительную камеру, но при этом обеспечивается гораздо более важный показатель – экономичность.

Система впрыска насос-форсунки

Подобная система применяется для подачи и впрыска топливной смеси под высоким давлением центральным устройством – насос-форсунками.

По названию можно догадаться, что ключевой особенностью данной системы является то, что в единственном устройстве (насос-форсунке) объединены сразу две функции: создание давления и впрыск.

Конструктивным недостатком данной системы является то, что насос оснащен приводом постоянного типа от распредвала двигателя (не отключаемый), который приводит к быстрому износу конструкции. Из-за этого производители все чаще делают выбор в пользу системы впрыска Сommon Rail.

Система впрыска Сommon Rail (аккумуляторный впрыск)

Это более совершенная система подачи ТС для большинства дизельных двигателей. Ее название пошло от основного конструктивного элемента – топливной рампы, общей для всех форсунок. Сommon Rail в переводе с английского как раз и означает – общая рампа.

В такой системе топливо подается к топливным форсункам от рампы, которую еще называют аккумулятором высокого давления, из-за чего у системы появилось и второе название – аккумуляторная система впрыска.

В системе Сommon Rail предусмотрено проведение трех этапов впрыска – предварительного, основного и дополнительного. Это позволяет уменьшить шум и вибрации двигателя, сделать более эффективными процесс самовоспламенения топлива, уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

Для управления системами впрыска на дизелях предусмотрено наличие механических и электронных устройств. Системы на механике позволяют контролировать рабочее давление, объем и момент впрыска топлива. Электронные системы предусматривают более эффективное управление дизельными ДВС в целом.

Недостатки

  • Непосредственный впрыск имеет весьма сложное устройство системы, следовательно, повышенную стоимость по сравнению с традиционной программой.
  • К элементам и составным частям такой системы предъявляется большое количество требований по качеству, прочности и точности деталей, что делает себестоимость GDI более высокой.
  • Форсунки при GDI (прямой впрыск) должны выдерживать высокие температурные показатели и прочие жесткие условия, а также давление разрушительного характера.

Таким образом, система имеет «подводные камни», способные изменить отношение к ней крупных мировых производителей. Тем не менее нет удивительного в том, что через несколько лет львиная доля представителей автомобильного рынка перейдет именно на такие двигатели.

Насколько актуален впрыск

Пользователи задаются вопросом актуальности и истинных преимуществ впрыска

Стоит ли заострять на нем внимание, или «игра не стоит свеч». Рассмотрим ситуацию на конкретном примере

Известная компания General Motors занимается изготовлением двух типов двигателей с разными видами впрыска бензина – это модель объемом в 3.6 литра V6. Первый вариант впрыска – непрямой, двигатель сгорания с ним доходит до 263 л. с., а если рассматривать GDI, то данный показатель достигает значения в 304 л. с. Невзирая на высокую мощность работы, которую имеет двигатель сгорания, расход бензина второго устройства более низкий.

Технология GDI не нова и появилась в 20-м веке, но многие изготовители авто стали широко ее использовать при производстве моделей массового потребления. В связи с дорогим производством и отсутствием компьютерных техник, применялся только механический карбюратор, что продолжалось до 80-х годов. Но резкое повышение цен на топливо и другие факторы привели к ужесточению законодательных норм, направленных на снижение расхода, и к возникновению GDI – бензина в камеру двигателей внутреннего сгорания.

Системы распределённого впрыска топлива

Каждый цилиндр системы распределённого впрыска топлива обслуживается собственной электромагнитной форсункой. Каждая форсунка такой системы впрыскивает топливо во впускной коллектор пред впускными клапанами каждого цилиндра. Таким образом, только часть внутреннего объёма впускного коллектора работающего двигателя заполняется подготовленной топливной смесью. Как и в системе точечного впрыска топлива, здесь впрыск осуществляется не непрерывной струёй топлива, а подаётся порциями. Количество подаваемого топлива регулируется путём изменения продолжительности открытого состояния форсунки.Электромагнитные топливные форсунки имеют некоторую инерционность. Проявляется эта инерционность как задержка открытия и задержка закрытия клапана форсунки относительно управляющего напряжения. Задержка открытия клапана форсунки может составлять около 1,5 mS, кроме того, она может изменяться с изменением величины напряжения на аккумуляторной батарее. Задержка закрытия клапана форсунки может составлять около 1,0 mS. Когда двигатель работает под нагрузкой, длительность впрыска топлива может составлять несколько единиц или даже десятки миллисекунд, то есть -длительность впрыска топлива при этом значительно превышает время задержки срабатывания клапана форсунки, и за счёт этого инерционность форсунки сказывается мало заметно.Когда двигатель работает при малых нагрузках или на холостом ходу, длительность впрыска значительно уменьшается, и становится сравнимой с временем задержки срабатывания клапана форсунки. Из-за этого, инерционность форсунки может сказываться значительно сильнее и точность дозирования количества впрыскиваемого топлива может сильно снизиться. Поэтому, для таких форсунок не используют управляющие импульсы продолжительностью менее 1,5 mS. Кроме того, инерционность форсунок, обслуживающих разные цилиндры одного и того же двигателя со значительным пробегом может заметно различаться, что вносит дополнительную погрешность дозирования малых порций топлива.

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.

Трудности реализации и необходимые профилактические меры

При всех положительных моментах эксплуатации двигателя на переобедненных смесях у современных автомобилей имеются проблемы, у которых нет «общих точек соприкосновения» со старым семейством MPI-впрыска, что в свою очередь вызывает трудности в диагностике. Чтобы понять, какие изменения последовали в конструкции, и сравнить, надо обратиться к самому началу появления данного типа системы впрыска в производстве. Конкретную реализацию разберем на примере моделей VW AG. Итак, сравнение поршневой группы атмосферного и турбированного ДВС…

В первом случае видна схема «встречных потоков» описанных ранее, во втором очевидно играет гораздо большую роль предварительное завихрение потока воздуха во впускном коллекторе (в этом одно из различий исполнения данных моторов) и полная направленная циркуляция в полном объеме цилиндра.

Предварительное завихрение воздушного потока во впускном коллекторе и обедняет классическую однородную (гомогенную) смесь при смешивании воздушного потока с топливом. На практике первая схема обеспечивает лучшее охлаждение поршня (а с ним – эффективную борьбу с детонационными явлениями при рабочем цикле, о чем подробнее поговорим далее). В то же время для таких моторов характерна проблема зимнего пуска, при котором свечи просто «заливало» топливом, и мотор не запускался, а самое смешное в этом вопросе (думаю, владельцы Passat B6 первых годов выпуска об этом хорошо помнят), что самая простая «жигулевская» и даже не первой свежести свеча помогала запустить замерзший ДВС, после чего следовала еще одна замена – возвращение оригинальных свечей назад. Последовало порядка десятка изменений версий программного обеспечения блока управления ДВС, прежде чем удалось решить эту проблему. Разумеется, владельцев ДВС с турбокомпрессором такие проблемы не коснулись. Пуск на гомогенной смеси при минусовой температуре воздуха отработан автопроизводителями до мелочей. В дальнейшем на цепных моторах 2008 года и далее эксперименты с формой днища поршня проводить не стали. Обычно такие поршни обладают плоской поверхностью со стандартными выемками под клапана.

Или имеют ярко выраженную сферическую вогнутую поверхность по всей ширине гильзы цилиндров, назначение которой будет понятно немного позже.

А теперь посмотрим на организацию подачи топлива и воздуха на этих ДВС:

Используются форсунки с 6-ю отверстиями, что положительно влияет на качество распыления топлива

Обратите внимание на расположение топливной форсунки и впускного канала: они находятся в одной плоскости, а это значит, суммарного восходящего потока уже не получится. Учитывая, что топливо должно успеть равномерно распределиться по топливовоздушному заряду, получаем единственный вариант —организацию встречного потока с довольно большим дефицитом по времени эффективного распыления

Разумеется, об эффективном охлаждении поршней в этом случае речь тоже не идет. Давайте посмотрим, что думают об этом сами создатели.

Довольно простое решение подачи топлива непосредственно в зону свечи, т.е. топливный заряд оборачивается, условно говоря, в «кокон» воздушного заряда (эффект дополнительного охлаждения смеси достигается ее изолированием воздушным потоком, если говорить точнее). В итоге в зоне электрода свечи мы имеем обогащенную, легко воспламеняемую смесь, а в остальных местах камеры сгорания – переобедненную. Но путь смешивания топливного и воздушного зарядов очень короткий, в отличие от схемы, обсуждаемой ранее, а нормальное перемешивание, с отражением от поверхности поршня и равномерным распределением по фронту потока (как это было с атмосферным мотором), к сожалению, невозможно. Именно этот аспект и влияет на возможную проблемную работу ДВС в целом, а причина возникновения трудностей стабильного воспламенения довольна простая:

Попарно-параллельный впрыск топлива

Для уменьшения зависимости качества подготовки топливовоздушной смеси от момента впрыска топлива, а так же для улучшения точности дозирования топлива на переходных режимах работы двигателя, топливные форсунки были разделены на группы согласно порядку работы цилиндров и соединены попарно-параллельно — половина форсунок соединена параллельно и управляется своим выходным силовым транзистором блока управления двигателем, другая половина форсунок так же соединена параллельно и управляется своим, вторым выходным силовым транзистором блока управления двигателем.Управление форсунками одной группы происходит одновременно — все форсунки одной группы работают синхронно. Когда форсунки первой группы впрыскивают топливо, форсунки второй группы закрыты, и наоборот. При этом, первая и вторая группы форсунок, так же как и в системе параллельного впрыска топлива, впрыскивают топливо дважды за один цикл работы 4-х тактного двигателя (за два оборота коленвала).Осциллограммы напряжения сигналов системы управления 4-х цилиндрового 4-х тактного двигателя, осуществляющей попарно-параллельный впрыск топлива, демонстрирующие схему впрыска топлива данной системы. Порядок работы цилиндров 1 — 3 — 4 — 2. В данном случае в первую пару объединены форсунки, обслуживающие цилиндры №1 и №4, а во вторую пару объединены форсунки, обслуживающие цилиндры №2 и №3. Но встречаются системы, где при таком же порядке работы цилиндров двигателя, форсунки объединены в пары по-другому.напряженияуправляющихимпульсовтопливнойнапряженияуправляющихимпульсовтопливнойнапряженияуправляющихимпульсовтопливнойнапряженияуправляющихимпульсовтопливнойфорсункой форсункой форсункой форсункой1Осциллограмма 1-го цилиндра.2Осциллограмма 2-го цилиндра.3Осциллограмма 3-го цилиндра.4Осциллограмма 4-го цилиндра.5Осциллограмма напряжения выходного сигнала датчика положения / частоты вращения коленчатого вала. За один полный оборот коленвала датчик генерирует 58 импульсов и один пропуск, продолжительность которого соответствует продолжительности двух импульсов. Соответственно, за один полный цикл работы 4-х тактного двигателя (за два оборота коленвала) датчик генерирует такие пропуски дважды.7 Импульс синхронизации с моментом зажигания в первом цилиндре.Следует заметить, что в момент пуска двигателя блок управления двигателем переключается на параллельную схему впрыска топлива, то есть, включает и выключает все топливные форсунки одновременно.

Преимущества

Система обладает существенными достоинствами по сравнению с другими технологиями и механизмами:

  • Непосредственный впрыск позволяет обеспечивать наиболее точное управление топливным количеством (дозировкой) и воздухом.
  • Внизу располагается инжектор, что способствует распылению, превращающему бензин в маленькие капельки.
  • В такой системе происходит полноценное сгорание бензина, и это важный показатель, поскольку в условиях высоких оборотов на это выделяется мало времени.

Большое число компаний стремится перейти на изготовление машин именно с такими агрегатами, мотивируя это высокой мощностью, возможностью снижения расхода топлива и другими преимуществами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector