 |
|
Системы впрыскивания топлива Общие сведения. Классификация
Попытки применения систем питания с впрыскиванием бензина делались еще в позапрошлом веке. В частности, уже в 1894 году была создана система впрыскивания бензина на впускной клапан. Однако сложность систем впрыскивания, их высокая стоимость привели к тому, что в серийных двигателях приоритет остался за карбюраторными системами питания.
Впрыскивание бензина в цилиндры получило широкое распространение в авиационных поршневых двигателях, где необходимо было обеспечить стабильную подачу топлива при любом положении самолета в условиях интенсивных инерционных нагрузок во время взлета, прохождения крутых виражей, выполнения фигур высшего пилотажа. Первым разработчиком систем непосредственного впрыска бензина в двигателях с искровым зажиганием (разумеется, с механическим управлением) стала германская компания "Robert Bosch", еще до Второй мировой войны. В то время единственной областью его применения была авиация. Первыми массовыми двигателями с НВ следует считать моторы Daimler Benz 600-й серии (напомним, что с ними летали всем известные Bf 109), Jumo211, а затем и BMW-801C (FW 190A).
Наиболее известный автомобиль из прошлого с непосредственным впрыском - это знаменитый Mercedes-Benz 300SL, появившийся в 1954 году. Однако дальше технология НВ с механическим управлением развития не получила, так как положительных сторон его использования было не слишком много, а старые недостатки (недостаточный ресурс, сложность управления на разных режимах и т.д.) - оставались. Тем более экономическая ситуация и экология у лидеров технического прогресса того времени не требовали срочных усилий и затрат. Да и карбюраторы далеко не исчерпали еще свои возможности.
И всё же любому карбюратору свойственен элемент «стихийности» в смесеобразовании, кроме того эта система питания имеет свой предел максимума адаптации к режимам работы двигателя. Совсем другое дело – впрыск. Он позволяет оптимизировать процесс смесеобразования в гораздо большей степени. Другими словами, впрыск может осуществляться более оптимально по месту, времени и количеству топлива. Впрыск позволяет более точно распределить топливо по цилиндрам. При распределённом впрыске состав смеси в разных цилиндрах может отличаться только на 6-7%, тогда как при питании от карбюратора – на 11-17%.
Новый виток развития систем впрыскивания был связан с повышением требований к динамическим и экономическим показателям автомобилей, увеличением степени сжатия и введением жёстких норм на выброс токсичных веществ с отработавшими газами.
Сегодня практически 100% выпускаемых автомобилей оснащаются системами впрыска. Применение таких систем позволяет повысить топливную экономичность, снизить токсичность отработавших газов, улучшить стабильность работы двигателя, особенно на переходных режимах.
Отсутствие добавочного сопротивления потоку воздуха на впуске в виде карбюратора и диффузора и вследствие этого более высокий коэффициент наполнения цилиндров обеспечивает получение более высокой литровой мощности.
При впрыске возможно использование большего перекрытия клапанов, (когда открыты одновременно оба клапана) для лучшей продувки камеры сгорания чистым воздухом, а не смесью.
Лучшая продувка и большая равномерность состава смеси по цилиндрам снижают температуру стенок цилиндров, днища поршня и выпускных клапанов, что в свою очередь позволяет снизить потребное октановое число топлива на 2-3 единицы, т.е. поднять степень сжатия без опасности детонации. Кроме того снижается образование окислов азота при сгорании и улучшаются условия смазки зеркала цилиндра.
Почему же так много времени прошло от первых опытов с впрыском бензина до серийного применения, почему раньше впрыск не применялся так широко?
Причины этому две. Первая – системы впрыска изначально были более сложными конструктивно и в эксплуатации, чем системы с карбюраторами. Вторая, главная причина, - технологическая. Суть её можно понять, если обратиться к таблице 1.
Таблица 1. Вязкость жидкостей в сантистоксах (мм2/с) при 20ºС
| Дизельное топливо | Керосин | Вода | Бензин |
| 1,5-6,0 | 2,0-3,5 | 1,01 | 0,52-0,63 |
Если дизельное топливо (солярка) – это хоть и маловязкое, но всё же масло, то бензин имеет кинематическую вязкость вдвое меньшую, чем вода. В обычных гидросистемах рабочая жидкость – это масло, что позволяет довольно просто решать вопросы смазки деталей гидроаппаратуры и предотвращения утечек.
Системы впрыска, имея рабочим телом бензин, более сложны в изготовлении из-за наличия большого числа прецизионных подвижных и электронных элементов и, кроме того, требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.
Системы распределенного впрыскивания могут быть классифицированы по следующим основным принципам:
—по месту подачи топлива;
—по способу подачи топлива;
—по конструктивным особенностям топливоподающей аппаратуры;
—по способу определения расхода воздуха и нагрузки;
—по способу управления топливоподачей, зажиганием и антитоксическими устройствами.
По месту подачи системы впрыскивания топлива делятся на четыре основные группы:
· впрыскивание в дроссельный узел системы впуска (центральное или одноточечное впрыскивание);
· распределенное впрыскивание топлива в патрубки цилиндров в зону впускных клапанов;
· впрыскивание непосредственно в цилиндры двигателя;
· впрыскивание в дополнительные камеры сгорания (форкамеры, вихревые камеры).
Распределенное впрыскивание при установке форсунок во впускном трубопроводе обычно осуществляется во впускные каналы, а при установке в головке цилиндров — либо на перемычку между клапанами, либо на тарелку впускного клапана (при двух впускных клапанах в одном цилиндре).
По способу подачи топлива применяются системы с непрерывным впрыскиванием или с цикловой подачей топлива.
Непрерывное впрыскивание осуществляется во впускную систему обычно одновременно во все цилиндры (центральное впрыскивание). Количество подаваемого топлива может регулироваться изменением давления впрыскиваемого топлива или изменением хода иглы форсунки.
Цикловое впрыскивание во впускную систему может бытьодновременно во все цилиндры (групповое впрыскивание), одновременно в два цилиндра (парафазное впрыскивание) или по очереди в каждый из цилиндров (фазированное). Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется изменением времени открытия клапана электромагнитной форсунки. Фазированное впрыскивание может производиться на впускной клапан, непосредственно в цилиндр, в дополнительную камеру (вихревую, форкамеру). При впрыскивании топлива во впускную систему подача топлива обычно производится при закрытых впускных клапанах (для увеличения времени на испарение топлива и улучшение смесеобразования).
По конструктивным особенностям топливоподающей аппаратуры системы впрыскивания делятся на системы с многоплунжерными насосами (число плунжеров по количеству цилиндров), с одноплунжерным насосом распределительного типа, системы с регулируемым давлением и непрерывной подачей топлива, системы с постоянным давлением и регулируемым временем впрыскивания. Сейчас преимущественно выпускаются системы с постоянным давлением топлива и электронным регулированием времени открытого состояния клапана форсунки.