Системы впрыска дизельных двигателей виды и особенности

Классификация и устройство систем впрыска

Различия инжекторных механизмов определяются способом, применяемым для изготовления смеси бензина с воздухом.

Классификация в основном проводится по типу впрыска:

  • центральным впрыском;
  • распределительным;
  • непосредственным;
  • комбинированным.

Центральный впрыск (моновпрыск)

Эта система заменяет карбюратор, работает на одной форсунке. Моновпрыск почти не используется из-за несоответствия требованиям экологическим стандартам, встречается на очень старых машинах. Но эти механизмы простые и надежные благодаря расположению форсунки на месте с хорошим воздухообменом, в пускном коллекторе.

Элементы моносистемы:

  • регулятор давления — предотвращает образование воздушных пробок, обеспечивает неизменное давление 0,1 Мпа;
  • форсунка – обеспечивает подачу бензина в коллектор;
  • дроссельная заслонка (механическая, электрическая) – регулирует подачу воздуха;
  • блок управления (память, микропроцессор) — содержит информацию, необходимую для инжекции;
  • датчики температуры, состояние коленвала, дроссельной заслонки.

Распределенный впрыск

Этот тип более современный и экологичный. Хотя, отличительной особенностью является лишь то, что в этой системе уже на каждый цилиндр приходится своя форсунка. Только монтируется она тоже в впускном коллекторе, только каждая в своем отдельном патрубке. Электронные системы контролируют дозировку топлива. Самые прогрессивные форсунки в этом плане принадлежат компании Bosch.

Непосредственный впрыск

Бензин одновременно с воздухом подается прямо в камеры сгорания. Преимущество системы с непосредственным впрыском — точный расчет составляющих для топливосмеси. Процент экологически опасных выбросов снижается благодаря почти стопроцентному сгоранию топливосмеси.

Устройство механизма с непосредственной инжекцией:

  • насос, подающий бензин;
  • устройство, регулирующее давление;
  • рампа, оснащенная предохранительным клапаном;
  • датчик, отображающий параметры давления;
  • форсунки.

Недостатки:

  • высокие требования к качественному составу топлива;
  • сложная для производителей конструкция;
  • необходимость в давлении от 5 МПа.

Зато инжекторные системы этого типа самые современные, перспективные.

Комбинированный впрыск

Чтобы снизить количество выбросов и выполнить требования Евро-6, в Volkswagen была разработана комбинированная система инжекции, объединившая распределительную с непосредственной. Системы блоком управления активируются по очереди, ориентируясь на режим работы. Эта система питания самая перспективная с точки зрения экологической безопасности.

Системы впрыска дизельных двигателей виды и особенности

Комбинированное устройство состоит из:

  • насоса, подающего топливо;
  • деталей непосредственного механизма (форсунок, установленных в камеры сгорания, рампы, поддерживающей давление 20 Мпа);
  • элементов распределительной системы (форсунок, установленных в каналы коллектора, рампы низкого давления).

Особенности топливного оборудования

Как уже было сказано выше, в дизельном двигателе происходит самовоспламенение рабочей смеси топлива и воздуха. При этом сначала в цилиндр подается только воздух, затем этот воздух сильно сжимается и нагревается от сжатия. Чтобы произошло возгорание, дизтопливо (солярку) нужно подать ближе к концу такта сжатия.

С учетом того, что воздух сильно сжимается, горючее также необходимо впрыснуть под высоким давлением и эффективно распылить. В различных дизельных ДВС давление впрыска может  отличаться, начиная, в среднем, с отметки в 100 атмосфер и заканчивая впечатляющим показателем более 2 тыс. атмосфер.

Для наиболее эффективной подачи топлива и обеспечения оптимальных условий для самовоспламенения заряда с последующим полноценным сгоранием смеси топливный впрыск реализован через дизельную форсунку.

Получается, независимо от того, какой тип системы питания используется, в дизельных двигателях всегда присутствуют два основных элемента:

  • устройство для создания высокого давления топлива;
  • форсунка для впрыска и распыла горючего;

Другими словами, на многих дизелях давление создает ТНВД (топливный насос высокого давления), а подача дизтоплива в цилиндры происходит через  форсунки. Что касается отличий, в разных системах топливоподачи насос может иметь ту или иную конструкцию, также по своему устройству отличаются и сами дизельные форсунки.

Еще системы питания могут отличаться по расположению тех или иных составных элементов, имеют разные схемы управления и т.д. Давайте рассмотрим системы впрыска дизельных двигателей более подробно.

Для того, чтобы отработанные газы меньше загрязняли окружающую среди, автомобили оборудуются каталитическими нейтрализаторами. Но со временем стало понятно, что их использование является целесообразным только в том случае, если в двигателе образуется качественная горючая смесь. То есть если в образовании эмульсии имеются отклонения, то эффективность использования катализатора значительно снижается, именно поэтому со временем производители авто перешли с карбюраторов на инжекторы. Тем не менее, их эффективность также была не особо высокой.

Чтобы система могла в автоматическом режиме корректировать показатели, впоследствии в нее был добавлен модуль управления. Если помимо каталитического нейтрализатора, а также кислородного датчика, используется блок управления, это выдает довольно неплохие показатели.

Какие преимущества характерны для таких систем:

  1. Возможность увеличения эксплуатационных характеристик силового агрегата. При правильной работе мощность двигателя может быть выше 5% заявленной производителем.
  2. Улучшение динамических характеристик авто. Инжекторные моторы достаточно чувствительные по отношению к изменению нагрузок, поэтому они могут самостоятельно корректировать состав горючей смеси.
  3. Образованная в правильных пропорциях горючая смесь сможет значительно снизить объем, а также токсичность выхлопных газов.
  4. Инжекторные моторы, как показала практика, отлично запускаются при любых погодных условиях, в отличие от карбюраторов. Разумеется, если речь не идет о температуре -40 градусов (автор видео – Сергей Морозов).
Читать далее:  Робот в Приоре

История

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя.

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Системы впрыска дизельных двигателей виды и особенности

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя.

Первый в России опытный мотор с системой впрыска был изготовлен в 1916 году Микулиным и Стечкиным.

К 1936 году на фирме Robert Bosch были готовы первые комплекты топливной аппаратуры для непосредственного впрыска бензина в цилиндры, которую через год стали серийно ставить на V-образный 12-цилиндровый двигатель Daimler-Benz DB 601. Именно этими моторами объёмом 33,9 л оснащались, в частности, основные истребители ЛюфтваффеMesserschmittBf 109.

И если карбюраторный двигатель DB 600 развивал на взлетном режиме 900 л. с., то DB 601 с впрыском позволял поднять мощность до 1100 л. c. и более. Позже в серию пошла девятицилиндровая «звезда» BMW 132 с подобной системой питания — лицензионный авиадвигатель Pratt 

Первое приспособление, напоминающее современную систему распределенного впрыска топлива, придумал для своих двигателей английский инженер и изобретатель Герберт Стюарт еще в конце XIX века.Первую российскую систему впрыска для бензиновых авиационных двигателей разработали в 1916 году конструкторы Микулин и Стечкин

В дальнейшем его идеи развили и усовершенствовали Роберт Бош и Клесси Камминс, и конструкция к уже в двадцатые годы нашла массовое применение в топливной системе дизельных двигателей. Первую российскую систему впрыска для бензиновых авиационных двигателей разработали в 1916 году конструкторы Микулин и Стечкин.

Впервые система распределенного впрыска бензина была применена на двигателе, изобретенном шведским инженером Йонасом Хессельманом в 1925 году. Согласно замыслу Хессельмана, топливо необходимо было впрыскивать в каждый цилиндр ближе к концу такта сжатия, чтобы воспламенение происходило уже непосредственно перед началом хода поршня вниз. Двигатель Хессельмана обычно запускался на бензине, а затем при работе использовался дизель или керосин.

boschdiesel 75

Прямой впрыск топлива в каждый цилиндр использовался в авиационных двигателях времен Второй мировой производства Junkers, Daimler-Benz и BMW с целью обеспечить пилотам возможность выполнять фигуры высшего пилотажа без риска остановки мотора. На германских авиационных двигателях использовалась адаптированная система впрыска дизельного топлива фирмы Bosch. Устройства назывались карбюраторами, но топливо подавалось не самотеком, а при помощи насосов высокого давления.

Первые серийные системы управления распределенным впрыском были механическими, их производство в 1951 начала компания Bosch

Первую систему распределенного впрыска, управляемую электроникой, производства итальянской фирмы Caproni-Fuscaldo установила на гоночный автомобиль Alfa Romeo 6C2500 в 1940 году. Шестицилиндровый двигатель был снабжен индивидуальными форсунками.

Первые серийные системы управления распределенным впрыском были механическими. Их производство в 1951 начала компания Bosch. Одним из первых такой системой в 1954 оснастили легендарное купе Mercedes-Benz 300 SL «Крыло чайки». В дальнейшем механические системы начали устанавливать и на более массовые модели, к примеру, на автомобили Audi 100.

Топливная рейка с форсунками и регулятором давления.

Эпоха электронного управления системами впрыска бензина началась в восьмидесятые годы с появлением дешевых микропроцессоров. Первым серийным автомобилем с инжектором, управляемым электронным контроллером на основе микропроцессора, был Rambler Rebel 1957 года фирмы Nash — части американского автомобильного концерна AMC. Система впрыска называлась Electrojector, и ее применение позволило поднять мощность восьмицилиндрового двигателя «Бунтаря» на 60 л.с.

Системы питания дизельных двигателей

 Если разделить системы питания дизельных моторов, которые получили наибольшее распространение, можно выделить следующие решения:

  • Система питания, в основе которой лежит ТНВД рядного типа (рядный ТНВД);
  • Система топливоподачи, которая имеет ТНВД распределительного типа;
  • Решения с насос-форсунками;
  • Топливный впрыск Common Rail (аккумулятор высокого давления в общей магистрали).

Системы впрыска топлива автомобилей

Указанные системы также имеют большое количество подвидов, при этом в каждом случае тот или иной тип является основным.

  • Итак, начнем с самой простой схемы, которая предполагает наличие рядного топливного насоса. Рядный ТНВД представляет собой давно известное и проверенное решение, которое используется на дизелях не один десяток лет. Такой насос активно используется на спецтехнике, грузовиках, автобусах и т.д. Если сравнивать его с другими системами, насос достаточно большой по своим габаритам и весу.

В двух словах, в основе рядного ТНВД лежат плунжерные пары. Их количество равняется количеству цилиндров двигателя. Плунжерная пара представляет собой цилиндр, который движется в «стакане» (гильзе). При движении вверх происходит сжатие топлива. Затем, когда давление достигает необходимого показателя, происходит открытие специального клапана.

В результате предварительно сжатое топливо поступает на форсунку, после чего происходит впрыск. После того, как плунжер начнет двигаться обратно вниз, открывается канал для впуска топлива. Через канал горючее заполняет пространство над плунжером, далее цикл повторяется. Чтобы солярка попадала в плунжерные пары, дополнительно в системе имеется отдельный подкачивающий насос.

Читать далее:  Система распределенного впрыска MPI устройство и принцип работы

Сами плунжеры работают благодаря тому, что в устройстве насоса имеется кулачковый вал. Этот вал работает подобно распредвалу в ГРМ, где кулачки «толкают» клапана. Сам вал насоса приводится от двигателя, так как ТНВД соединен с мотором при помощи муфты опережения впрыска. Указанная муфта позволяет корректировать работу и подстраивать ТНВД в процессе эксплуатации двигателя.

  • Система питания с распределительным насосом не сильно отличается от схемы с рядным ТНВД. Распределительный ТНВД похож на рядный по конструкции, при этом в нем уменьшено количество плунжерных пар.

Другими словами, если в рядном насосе пары необходимы на каждый цилиндр, то в распределительном достаточно 1 или 2 плунжерных пар. Дело в том, что одной пары в этом случае достаточно для подачи горючего в 2, 3 или даже 6 цилиндров.

Это стало возможным благодаря тому, что плунжер получил возможность не только двигаться вверх (сжатие) и вниз (впуск), но также вращаться вокруг оси. Такое вращение позволило реализовать поочередное открытие выпускных отверстий, через которые дизтопливо под высоким давлением подается на форсунки.

Дальнейшее развитие этой схемы привело к появлению более современного роторного ТНВД. В таком насосе применен ротор, в котором установлены плунжеры. Указанные плунжеры движутся навстречу по отношению друг к другу, а ротор осуществляет вращение. Так происходит сжатие и распределение солярки по цилиндрам мотора.

И дизельные системы модернизируются. Если раннее она была механической, то сейчас и дизеля оснащаются электронным управлением. В ней используются те же датчики и блок управления, что и в бензиновом моторе.

Работа при послойном образовании топливной смеси

Агрегаты инжекторного двигателя с единственной форсункой функционируют по схеме:

  1. запускается мотор;
  2. датчики считывают и передают информацию на блок управления;
  3. реальные данные сравниваются с эталонными, рассчитывается момент открытия форсунки;
  4. передается сигнал электромагнитной катушке;
  5. в коллектор подается бензин для смешивания с воздухом;
  6. в цилиндры подается топливная смесь.

Функционирование узла с распределенным впрыском:

  1. мотору подается воздух;
  2. датчики определяют объем, температуру, показатели коленвала, положение заслонки;
  3. объем топлива для поданного воздуха рассчитывает блок управления;
  4. форсункам подается сигнал;
  5. они открываются в запрограммированное время.
  6. смешивание бензина с воздухом происходит в коллекторе, смесь подается в цилиндры.

Учебное видео принципа работы распределенного впрыска

Принцип работы непосредственной инжекции зависит от способа смешивания бензина с воздухом:

  1. послойно;
  2. стехиометрически;
  3. гомогенно.

Послойное смешивание используется на средних оборотах, скорость подачи воздуха высокая, бензин подается в цилиндр через форсунку, загорается после смешивания с воздухом.

При смешивании стехиометрического типа, процесс запускается в момент нажатия на газ. Открывается дроссельная заслонка, бензин и воздух подаются в одно время, сгорают полностью.

При смешивании гомогенного типа, сначала создается движение воздуха в цилиндрах, затем впрыскивается бензин.

Видео-пояснение по принципу работы инжектора с непосредственным впрыском

Работа комбинированной системы полностью зависит от нагрузки на мотор:

  1. непосредственная инжекция запускается во время запуска, прогрева, максимальной нагрузки, количество впрысков зависит от режима;
  2. распределенная инжекция запускается во время движения на средней скорости с частыми остановками.

При распределенной инжекции периодически открываются форсунки непосредственной. Это предотвращает их засорения.

Системами впрыска комплектуются не только бензиновые, но и дизельные двигатели. Первые можно назвать искровыми двигателями, так как смесь бензина и воздуха воспламеняется от искры.

Из-за особенностей строения коллектора (наличия заслонок, которые закрывают низы) перекрывается доступ к низу. На такте впуска воздух поступает в верхнюю часть цилиндра, после некоторого вращения коленчатого вала на такте сжатия происходит впрыск топлива, который и требует большого давления насоса. Далее полученная смесь сносится при помощи воздушного вихря на свечу.

Следует отметить, что работа при послойном впрыске топлива является наиболее перспективным направлением, так как в этом режиме можно достичь наиболее оптимального сгорания топлива.

Однородное образование топливной смеси

В данном случае происходящие процессы понять еще легче. Топливо и необходимый для сгорания воздух почти одновременно попадают в цилиндр двигателя на такте впуска. Еще до достижения поршнем верхней мертвой точки топливовоздушная смесь находится в смешанном состоянии. Образование высококачественной смеси происходит благодаря высокому давлению впрыска.

Читать далее:  Инжекторная система впрыска. Принцип работы инжекторного двигателя внутреннего сгорания

Подведем итоги

Как видно, каждая из рассмотренных систем питания дизельного двигателя имеет  свои преимущества  и недостатки. Если говорить о простейших решениях с рядным ТНВД, их главным плюсом можно считать возможность ремонта и доступность обслуживания.

В схемах с насос-форсунками  нужно помнить о том, что данные элементы чувствительны к качеству топлива и его чистоте. Попадание даже мельчайших частиц может вывести из строя насос-форсунку, в результате чего дорогостоящий элемент потребует замены.

Разновидности

Крупнейшие автомобильные компании производители занимаются разработками всевозможных решений улучшения своих автомобилей. Неудивительно, что исходя из одной точки, они нашли разные выходы. Потому и система впрыска топлива разных производителей выглядит по-разному. Виды впрыска топлива:

  • моновпрыск;
  • многоточечный;
  • непосредственный;
  • комбинированный;
  • фазированный;
  • механический.

Механический впрыск

Из всех вариантов, это самый старый. С него все начиналось. Но распространение и всеобщее признание получили более поздние версии инжекторной системы с датчиками и чипом.

Моновпрыск

Принцип работы такой системы схож с карбюраторным. Форсунка всего одна. Моновпрыск стал следующим этапом развития. На данный момент, как и системы механического впрыска, его не производят. Основные причины:

  • большой расход топлива;
  • сильное загрязнение окружающей среды.

boschdiesel 76

А из сильных сторон – возросшая мощность автомобиля. Но до совершенства еще очень далеко.

Многототочечный впрыск топлива подразумевает подачу смеси на каждый рабочий цилиндр двигателя по отдельности. Это современная система. На ее основе разработаны более конкретные случаи. Она полностью соответствует всем экологическим стандартам. Наилучшая производительность достигается благодаря огромному количеству датчиков и правильно настроенной работе чипа. Смешивание происходит в специальной камере.

Схема системы впрыска топлива

Общие положения

Большинство современных систем питания двигателя топливом схожи. Отличие может заключаться только на этапе смесеобразования. В состав топливной системы входят следующие узлы:

  1. Топливный бак – компактное изделие, имеющее насос и фильтр для очистки от механических частиц. Основное назначение – хранение топлива.
  2. Топливопроводы образуют комплекс шланг и трубок для перемещения горючего от бака к системе смесеобразования.
  3. Устройство смесеобразования. В нашем случае будет идти речь об инжекторе. Данный узел предназначен для получения эмульсии (воздушно-топливной смеси) и подачи ее в цилиндры в такт работы мотора.
  4. Блок управление системой смесеобразования. Устанавливается только на инжекторных двигателях, что обусловлено необходимостью контроля датчиков, форсунок и клапанов.
  5. Топливный насос. В большинстве случаев используется погружной вариант. Представляет собой электродвигатель небольшой мощности, который соединяется с жидкостным насосом. Смазка реализуется горючим, а длительное использование ТС с количеством топлива менее 5 литров может привести к выходу электродвигателя из строя.

Если говорить вкратце, то инжектор – это точечная подача горючего через форсунку. Электронный сигнал приходит с блока управления. Несмотря на то, что инжектор имеет ряд существенных преимуществ перед карбюратором, он долго не использовался. Это было обусловлено технической сложностью изделия, а также низкой ремонтопригодностью деталей, вышедших из строя.

Недостатки

Основные недостатки двигателей с блоком управления по сравнению с карбюраторными:

  • Высокая стоимость узлов (было актуально примерно до 2005 года),
  • Низкая ремонтопригодность элементов (утратило актуальность в связи с освоением их массового выпуска и повышением надежности),
  • Высокие требования к фракционному составу топлива,
  • Необходимость в специализированном персонале и оборудовании для диагностики, обслуживания и ремонта, высокая стоимость ремонта (утратило актуальность в связи с массовым распространением мобильных устройств и диагностических программ).
  • Зависимость от электропитания и критически важное требование к постоянному наличию напряжения питания (у более современного варианта, контролируемого электроникой).
  • Подача бензина под давлением, что в случае ДТП повышает вероятность пожара. Поэтому в ранних системах в цепи бензонасоса был автоматический выключатель, срабатывающий при ударе, а в современный системах отключение бензонасоса при аварийных ситуациях осуществляет контроллер.

Подобный тип системы топливной подачи имеет некоторые преимущества и недостатки. Наиболее значимые из них мы отдельно выделим.

ПОДРОБНОСТИ: Топ 6 советов как снизить расход || Топ 6 советов как снизить расход

Преимущества системы:

  • долговечность и надежность;
  • высокая экономичность использования топлива;
  • низкая токсичность отработанных газов бензиновых ДВС;
  • низкая вероятность появления сбоев в работе системы в условиях экстремального вождения (например, при преодолении крутых спусков и подъемов, при езде в дождь или гололед).

Недостатки системы:

  • сложная и дорогостоящая конструкция, оснащенная чувствительной системой электронного управления;
  • высокая стоимость ремонта и замены основных электронных элементов системы;
  • особенность конструкции требует проведения ремонтных и профилактических работ только высококвалифицированными специалистами.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector