Безпосереднє впорскування

Рис. 20. Схема двигуна Volkswagen FSI з безпосереднім уприскуванням бензину

Перші системи впорскування бензину безпосередньо в циліндри двигуна з'явилися ще в першій половині ХХ ст. і використовувалися на авіаційних двигунах. Спроби застосування безпосереднього впорскування в бензинових двигунах автомобілів були припинені в 40-ві роки ХХ ст., тому що такі двигуни виходили дорогими, неекономічними та сильно диміли на режимах великої потужності. Впорскування бензину безпосередньо в циліндри пов'язано з певними труднощами. Форсунки для безпосереднього впорскування бензину працюють в більш складних умовах, ніж ті, що встановлені у впускному трубопроводі. Головка блоку, в яку повинні встановлюватися такі форсунки, виходить більш складною і дорогою. Час, що відводиться на процес сумішоутворення при безпосередньому впорскуванні, істотно зменшується, а значить, для хорошого сумішоутворення необхідно подавати бензин під великим тиском.

З усіма цими труднощами вдалося впоратися фахівцям компанії Mitsubishi, яка вперше застосувала систему безпосереднього впорскування бензину на автомобільних двигунах. Перший серійний автомобіль Mitsubishi Galant з двигуном 1,8 GDI (Gasoline Direct Injection – безпосереднє впорскування бензину) з'явився в 1996 р.

Переваги системи безпосереднього впорскування полягають в основному в поліпшенні паливної економічності, а також і деякого підвищення потужності. Перше пояснюється здатністю двигуна з системою безпосереднього впорскування працювати на дуже бідних сумішах. Підвищення потужності обумовлене в основному тим, що організація процесу подачі палива в циліндри двигуна дозволяє підвищити ступінь стиснення до 12,5 (у звичайних двигунах, що працюють на бензині, рідко вдається встановити ступінь стиснення понад 10 через появу детонації).

Рис. 21. Форсунка двигуна GDI може працювати в двох режимах, забезпечуючи потужний (а) або компактний (б) факел розпиленого бензину

У двигуні GDI паливний насос забезпечує тиск 5 МПа. Електромагнітна форсунка, встановлена в головці блоку циліндрів, впорскує бензин безпосередньо в циліндр двигуна і може працювати в двох режимах. Залежно від подаваного електричного сигналу вона може впорскувати паливо або потужним конічним факелом, або компактним струменем.

Рис. 22. Поршень двигуна з безпосереднім уприскуванням бензину має спеціальну форму (процес згоряння над поршнем)

Днище поршня має спеціальну форму у вигляді сферичної виїмки. Така форма дозволяє закрутити впускне повітря, направити, впорскуване паливо до свічки запалення, встановленої по центру камери згорання. Впускний трубопровід розташований не збоку, а вертикально зверху. Він не має різких вигинів, і тому повітря надходить з високою швидкістю.

У роботі двигуна з системою безпосереднього впорскування можна виділити три різних режими:

1) режим роботи на надбідних сумішах;

2) режим роботи на стехіометричній суміші;

3) режим різких прискорень з малих обертів;

Перший режим використовується в тому випадку, коли автомобіль рухається без різких пришвидшень зі швидкістю порядку 100-120 км/год. На цьому режимі використовується дуже бідна горюча суміш з коефіцієнтом надлишку повітря більше 2,7. У звичайних умовах така суміш не може зайнятись від іскри, тому форсунка впорскує паливо компактним факелом в кінці такту стиснення (як в дизелі). Сферична виїмка в поршні направляє струмінь палива до електродів свічки запалювання, де висока концентрація парів бензину забезпечує можливість займання суміші.

Другий режим використовується при русі автомобіля з високою швидкістю і при різких пришвидшеннях, коли необхідно отримати високу потужність. Такий режим руху вимагає стехіометричного складу суміші. Суміш такого складу легко запалюється, але у двигуна GDI підвищений ступінь стиснення, і для того щоб не наступала детонація, форсунка впорскує паливо потужним факелом. Дрібно розпилене паливо заповнює циліндр і, випаровуючись, охолоджує поверхні циліндра, знижуючи ймовірність появи детонації.

Третій режим необхідний для отримання великого обертового моменту при різкому натисненні педалі «газу», коли двигун працює на малих обертах. Цей режим роботи двигуна відрізняється тим, що протягом одного циклу форсунка спрацьовує два рази. Під час такту впускання в циліндр для його охолодження потужним факелом впорскується надбідна суміш (α = 4,1). В кінці такту стиснення форсунка ще раз впорскує паливо, але компактним факелом. При цьому суміш в циліндрі збагачується і детонація не наступає.

У порівнянні із звичайним двигуном з системою живлення з розподіленим впорскуванням бензину, двигун з системою GDI приблизно на 10% ощадніший і викидає в атмосферу на 20% менше вуглекислого газу. Підвищення потужності двигуна сягає 10%. Однак, як показала експлуатація автомобілів з двигунами такого типу, вони дуже чутливі до вмісту сірки в бензині. Оригінальний процес безпосереднього впорскування бензину розробила компанія Orbital. У цьому процесі в циліндри двигуна впорскується бензин, заздалегідь змішаний з повітрям за допомогою спеціальної форсунки. Форсунка компанії Orbital складається з двох жиклерів, паливного і повітряного.

Рис. 23. Робота форсунки Orbital

Повітря до повітряних жиклерів поступає в стислому вигляді від спеціального компресора при тиску 0,65 МПа. Тиск палива складає 0,8 МПа. Спочатку спрацьовує паливний жиклер, а потім у потрібний момент і повітряний, тому в циліндр, потужним факелом впорскується паливно-повітряна суміш у вигляді аерозолю.

Форсунка, установлена в головці циліндра поруч зі свічкою запалення, впорскує паливно-повітряну струмінь безпосередньо на електроди свічки запалювання, що забезпечує її гарне займання.

Рис. 24. Конструктивні особливості двигуна з безпосереднім впорскуванням бензину Audi 2.0 FSI

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Емулятор лямбда-зонда	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.015 сек.