Система непосредственного впрыска

В настоящее время система непосредственного впрыска считается наиболее передовой и современной технологией, применяемой на бензиновых ДВС. Принцип действия ее основан на том, что топливо впрыскивается сразу в камеру сгорания.

Первыми двигателем, на которые была установлена система непосредственного впрыска стали модели  GDI (Gasoline Direct Injection) компании Mitsubishi. Сегодня система реализуется на многочисленных двигателях различных производителей. Дальше всех в этом направлении продвинулись компании Audi (двигатели TFSI) и Volkswagen (двигатели FSI, TSI). Практически каждая выпускаемая ими модель автомобиля оснащена системой непосредственного впрыска.

ДВС с данной системой имеются и в модельном ряду компании BMW (N54, N63), Infiniti (M56), General Motors (Ecotec), Mercedes-Benz (CGI), Mazda (Skyactiv) и Hyundai (Theta).

Непосредственный впрыск обеспечивает существенную экономию топлива – до 15%, снижается и количество вредных веществ в выхлопе.

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива

В качестве наглядного примера конструкции системы непосредственного впрыска мы рассмотрим двигатели FSI (Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива). В ней, система включает в себя контур топливной магистрали, находящейся под высоким давлением. В его состав входит насос высокого давления, топливная рампа, датчик высокого давления, форсунки и предохранительный клапан.

Непосредственный впрыск

Схема Motronic MED7

Топливный насос подает под давлением топливо к рампе, откуда оно поступает к форсункам. Давление составляет (3-11 МПА) и регулируется в зависимости от требований двигателя. Насос работает от усилия, передаваемого распределительного вала. Внутри него расположены плунжеры.

Благодаря регулятору давления система определяет оптимальное количество подаваемого топлива. Регулятор установлен непосредственно в корпусе насоса. Рампа предназначена для равномерного распределения горючего между форсунками и предотвращает от возникновения пульсаций в системе. Функция предохранительного клапана заключается в защите системы от впрыска под чрезмерным давлением. Он расположен на топливной рампе.

Для измерения уровня давления в рампе установлен датчик высокого давление. Блок управления двигателем в зависимости от показателей датчика определяет оптимальный уровень давления в системе.

Форсунка служит для быстрого распределения топлива и создания воздушно-топливной смеси.

Согласованная работа всех узлов осуществляется благодаря блоку управления двигателем. Классическая схема включает в себя входные датчики, электронный блок управления и механизмы исполнения.

Система управления двигателем руководствуется не только показателями датчика высокого давления, но и датчиком коленчатого вала, положения распределительного вала, датчиком положения педали газа, а также расходометром воздуха.

Система непосредственного впрыска: принцип действия

Система впрыска осуществляет различные виды смесеобразования горючей смеси:

  • гомогенное;
  • послойное;
  • стехиометрическое гомогенное.
Такое многообразие обеспечивает достижения высокой эффективности работы двигателя. Снижается расход, смесь максимально полно прогорает, положительные эффекты в приросте мощности, сокращается содержание вредных веществ в выхлопе.

При работе двигателя на средних и малых оборотах, система использует послойное смесеобразование. Также данный режим включается при высоких нагрузках на ДВС. При переходе двигателя на высокие обороты, система применяет стехиометрическое смесеобразование. Получаемая смесь считается легковоспламеняемой. В промежуточных режимах, двигатель работает на бедной гомогенной смеси.

Непосредственный впрыск

Послойное смесеобразование получается в результате того, что дроссельная заслонка в момент впрыска практически полностью закрыта, а впускные заслонки закрыты полностью. Попадая в камеру сгорания на высокой скорости воздух, образует вихревые движения. В самом конце периода сжатия, в камеру впрыскивается топливо. Практически сразу перед моментом зажигания, в области свечи зажигания находится горючая смесь с большим количеством воздуха – избыток составляет от 1,5 до 3. Когда смесь загорается, вокруг нее находится много свободного воздуха, который выполняет функцию теплоизолятора.

Стехиометрическое гомогенное смесеобразование возникает в момент, когда впускные заслонки открыты, а дроссельная заслонка открывается на уровень, определяемый нажатием на педаль акселератора. Смесь получается однородной, с коэффициентом избытка воздуха равному единице.

Обедненная гомогенная смесь получается при предельном открытии дроссельной заслонки и одновременно закрытых заслонках. Впрыск осуществляется на такте впуска. Избыток воздуха имеет коэффициент 1,5. В некоторых случаях в смесь добавляются уже отработавшие газы из выпускной системы. Их процентное содержание может достигать 25%.