В.Н. Сидоров, А.И. Пономарев, С.Б. Ванюшин АНАЛИЗ СИСТЕМ ВПРЫСКА

В.Н. Сидоров, А.И. Пономарев, С.Б. Ванюшин
АНАЛИЗ СИСТЕМ ВПРЫСКА БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
В настоящее время существуют следующие системы впрыска
современных бензиновых двигателей: система распределенного впрыска;
система непосредственного впрыска. В системе распределенного впрыска
впрыск производится, не доходя до камеры сгорания - во впускном коллекторе.
Она предполагает подачу топлива на каждый цилиндр отдельной форсункой и
является самой распространенной системой впрыска бензиновых двигателей.
Ее отличает умеренное потребление топлива, низкий уровень вредных
выбросов, невысокие требования к качеству топлива. Перспективной
является система непосредственного впрыска. Впрыск топлива осуществляется
непосредственно в камеру сгорания каждого цилиндра. Система позволяет
создавать оптимальный состав топливно-воздушной смеси на всех режимах
работы двигателя, повысить степень сжатия, тем самым обеспечивает полное
сгорание смеси, экономию топлива, повышение мощности двигателя, снижение
вредных выбросов. С другой стороны она очень чувствительна к качеству
топлива, особенно к содержанию в нем серы.
Двигатели FSI. Двигатель FSI – это двигатель с непосредственным
впрыском топлива в цилиндры. Разработка нового автомобильного двигателя
всегда сталкивается с определёнными трудностями. Это относительно новая
технология, и в первую очередь используется Audi и Volkswagen. Технологию
FSI двигателей, которая называется послойным впрыском двигателя, с
недавних пор стали называть самой передовой и инновационной.
Принцип работы двигателя FSI. В этом двигателе топливная система
сконструирована аналогично дизельным агрегатам. В отличие от
обыкновенного бензинового двигателя, у двигателя FSI, есть контур с
повышенным давлением, необходимое давление поддерживает топливный
насос нового типа, который забирает топливо из зоны пониженного давления.
Топливный насос регулирует давление исходя из потребности. При ускорении
автомобиля давление увеличивается, до 0,5 МПа, а при спокойном движении
давление может составлять всего 0,05 МПа. Управление насосом происходит
определенным блоком управления и датчиком низкого давления. Благодаря
этим электронным системам в цилиндры двигателя подается нужное
количество топлива. Поэтому переливание топлива, или голодание от
топливной
смеси
здесь
исключено.
Также
есть
еще
одно
преимущество двигателя FSI, это двойной впрыск топлива (распределение
подаваемого топлива между тактом впрыска и тактом сжатия), нужен для пуска
холодного двигателя, когда подается обогащенная топливная смесь, до того
времени, как прогреется двигатель и каталитический нейтрализатор.
Повышенное давление впрыска (100 бар) обеспечивает более
своевременную подачу топлива и качественное его распыление. Увеличен
наклон форсунки, а впускной канал разделен специальной перегородкой на две
части. Воздух может поступать либо через одну часть его сечения, либо через
обе. На малых оборотах поток воздуха проходит через одну половинку канала,
что позволяет увеличить его скорость для получения лучшего завихрения
потока. На больших оборотах перегородка открывается, воздух поступает через
весь канал, и скорость потока остается примерно такой же, как и на малых
оборотах.
Конструкция системы FSI. Базовым элементом конструкции является
одноплунжерный насос высокого давления, имеющий регулировку по подаче
топлива. То есть, ТНВД подает в систему только такое количество топлива,
которое требуется в данный момент или в тот момент, который предстоит через
определенный промежуток времени.
Циклы работы ТНВД системы FSI. Поступление топлива. Под
действием возвратной пружины плунжер насоса перемещается вниз (на рис.
1 — внизу). Объем надплунжерного пространства увеличивается и, вследствие
закона Паскаля, давление в нем значительно уменьшается. Создается разность
давления между системой низкого давления и давлением в надплунжерном
пространстве. Вследствие этого открывается впускной клапан и топливо
поступает в надплунжерное пространство. Нагнетательный клапан (на рис. 1 —
слева) остается закрытым, так как давление топлива в системе высокого
давления превышает величину давления в надплунжерном пространстве.
Создание давления. При движении плунжера вверх, давление
в пространстве над ним повышается, в результате чего впускной клапан
закрывается.
Рис. 1 ТНВД двигателя системы FSI
При превышении давления в надплунжерном пространстве над давлением
в распределителе топлива — нагнетательный клапан открывается и топливо
вытесняется в распределитель.
Регулирование давления топлива. Когда давление топлива повышается
до запрограмированного значения, в обмотку клапана регулирующего
давление, подается ток (на рис. 2 — справа).
Игла клапана поднимается и топливо перетекает во впускную полость. В
результате этого давление в надплунжерном пространстве снижается
и нагнетательный клапан закрывается. Встроенный в ТНВД демпфер (на рис.
2 — вверху), предназначен для сглаживания скачков давления, которые
возникают в тот момент, когда открывается нагнетательный клапан
и одновременно он сглаживает пульсации давления в системе низкого давления
(по линии: подкачивающий топливный насос в топливном баке — топливный
фильтр — впуск в ТНВД).
Рис. 2 Регулирование давления топлива
Достоинства и недостатки двигателей FSI. Непосредственный впрыск,
пожалуй, оптимальное решение в питании автомобиля топливом, если бы не
некоторые недостатки. Моторы с такой схемой довольно чувствительны к
качеству октановой смеси и качеству моторного масла, работа их отличается
повышенной жесткостью и шумностью, что требует усиления шумоизоляции
салона автомобиля. Кроме того, работая на обедненной смеси, выделяется
высокое количество оксидов азота, а борьба с ними ведется посредством
усложнения конструкции мотора.
Рис. 3 Внешние скоростные характеристики двигателей с распределенным
и непосредственным впрыском топлива
Из графиков на рис. 3 видно, что при использовании системы FSI
автомобиль имеет лучшую разгонную динамику, увеличенный крутящий
момент, а также экономию топлива до 25%. Таким образом, одной из важных
задач современного автомобилестроения при конструировании двигателей с
непосредственным впрыском является борьба с шумом и адаптация к
использованию менее качественного топлива при возможном сохранении всех
вышеуказанных достоинств двигателей такого типа.
Список литературы
1. АвтоМастер. Непосредственный впрыск системы
FSI. URL:
http://amastercar.ru/articles/injection_fuel_4.shtml
2. Системы впрыска. Системы современного автомобиля. URL:
http://systemsauto.ru/feeding/feeding.html
3. Пособие по программе самообразования 322. Двигатель FSI с рабочим
объемом 2 л с 4-клапанной системой газораспределения. Устройство и
принцип действия. // ООО ФОЛЬКСВАГЕН Груп Рус — 2010