Впръскване на гориво в бензинови двигатели. Предимства, недостатъци и възможни проблеми

Типът на системата за впръскване определя параметрите на двигателя и експлоатационните разходи. Влияе върху динамиката, разхода на гориво, емисиите на отработени газове и разходите за поддръжка на автомобила.

Историята на практическото приложение на впръскването на бензин в двигател с вътрешно горене в транспорта датира от периода преди Първата световна война. Още тогава авиацията спешно търсеше нови решения, които биха могли да подобрят ефективността на двигателите и да преодолеят проблемите с мощността в различни позиции на самолета. Впръскването на гориво, което за първи път се появи във френския самолетен двигател V8 от 1903 г., се оказа полезно. Едва през 1930 г. дебютира Mercedes 1951 SL с впръскване на гориво, широко смятан за предшественик в тази област. Въпреки това, в спортната версия, това беше първата кола с директно впръскване на бензин.

Електронното впръскване на гориво е използвано за първи път в 300 в двигател на Chrysler от 1958 г. Многоточковото впръскване на бензин започва да се появява при автомобилите през 1981 г., но се използва предимно в луксозните модели. Електрическите помпи с високо налягане вече се използват, за да се осигури подходящо налягане, но контролът все още е отговорност на механиците, които избледняват в забвение едва през 600 г. с края на производството на Mercedes. Инжекционните системи все още бяха скъпи и не преминаха към евтини и популярни автомобили. Но когато стана необходимо в XNUMXs да се инсталират каталитични преобразуватели на всички автомобили, независимо от техния клас, трябваше да се разработи по-евтин тип инжекция.

Наличието на катализатор изисква по-прецизен контрол на състава на сместа, отколкото карбураторите могат да осигурят. Така се създаде едноточково впръскване, оскъдна версия на "многоточков", но достатъчна за нуждите на евтините автомобили. От края на деветдесетте години той започва да изчезва от пазара, заменен от многоточкови инжектори, които в момента са най-популярната горивна система в автомобилните двигатели. През 1996 г. директното впръскване на гориво прави своя стандартен дебют при Mitsubishi Carisma. Новата технология се нуждаеше от сериозно подобрение и в началото намери малко последователи.

Въпреки това, пред все по-строгите стандарти за отработени газове, които от самото начало оказваха силно влияние върху напредъка в автомобилните горивни системи, дизайнерите в крайна сметка трябваше да преминат към директно впръскване на бензин. В най-новите решения, засега малко на брой, те комбинират два вида бензиново впръскване – индиректно многоточково и директно.    

Индиректно инжектиране в една точка

В системите за едноточково впръскване двигателят се захранва от един инжектор. Монтира се на входа на всмукателния колектор. Горивото се подава под налягане от около 1 бар. Разпръснатото гориво се смесва с въздуха пред всмукателните отвори на каналите, водещи към отделните цилиндри.

Горивно-въздушната смес се засмуква в каналите без прецизно дозиране на сместа за всеки цилиндър. Поради разликите в дължината на каналите и качеството на тяхното покритие, захранването на цилиндрите е неравномерно. Но има и ползи. Тъй като пътят на сместа от гориво с въздух от дюзата до горивната камера е дълъг, горивото може да се изпари добре, когато двигателят се загрее правилно. При студено време горивото не се изпарява, четините се кондензират по стените на колектора и частично отиват в горивната камера под формата на капки. В тази форма той не може напълно да изгори по време на работния цикъл, което води до ниска ефективност на двигателя във фазата на загряване.

Последица от това е повишен разход на гориво и висока токсичност на отработените газове. Инжектирането в една точка е просто и евтино, не изисква много части, сложни дюзи и усъвършенствани системи за управление. Ниските производствени разходи водят до по-ниска цена на превозното средство, а ремонтите с едноточково впръскване са лесни. Този тип впръскване не се използва в съвременните двигатели на леки автомобили. Може да се намери само в модели с изостанал дизайн, въпреки че се произвеждат извън Европа. Един пример е иранският Саманд.

привилегии

– Опростен дизайн

– Ниски разходи за производство и поддръжка

– Ниска токсичност на отработените газове при горещ двигател

дефекти

– Ниска точност на дозиране на горивото

– Сравнително висок разход на гориво

– Висока токсичност на отработените газове във фазата на загряване на двигателя

– Слабо представяне по отношение на динамиката на двигателя

Индиректно многоточково инжектиране

Разширение на едноточковото индиректно впръскване е многоточково индиректно впръскване с инжектор във всеки всмукателен отвор. Горивото се подава след дросела, точно преди всмукателния клапан Инжекторите са по-близо до цилиндрите, но пътят на сместа въздух/гориво все още е достатъчно дълъг, за да може горивото да се изпари при горещ двигател. От друга страна, фазата на нагряване има по-малка склонност към кондензиране по стените на всмукателния отвор, тъй като разстоянието между дюзата и цилиндъра е по-малко. В многоточковите системи горивото се подава при налягане от 2 до 4 бара.

Отделен инжектор за всеки цилиндър дава на дизайнерите напълно нови възможности по отношение на увеличаване на динамиката на двигателя, намаляване на разхода на гориво и намаляване на емисиите на отработени газове. Първоначално не са използвани усъвършенствани системи за управление и всички дюзи дозират горивото по едно и също време. Това решение не беше оптимално, тъй като моментът на впръскване не настъпва във всеки цилиндър в най-изгодния момент (когато удари затворения всмукателен клапан). Само развитието на електрониката направи възможно изграждането на по-модерни системи за управление, благодарение на които инжектирането започна да работи по-точно.

Първоначално дюзите се отварят по двойки, след това се разработва система за последователно впръскване на гориво, при която всяка дюза се отваря отделно, в оптималния момент за даден цилиндър. Това решение ви позволява да изберете точно дозата гориво за всеки удар. Серийната многоточкова система е много по-сложна от едноточковата, по-скъпа за производство и по-скъпа за поддръжка. Въпреки това, той ви позволява значително да увеличите ефективността на двигателя с по-малък разход на гориво и по-малко токсичност на отработените газове.

привилегии

– Висока точност на дозиране на горивото

– Нисък разход на гориво

– Много възможности по отношение на динамиката на двигателя

– Ниска токсичност на отработените газове

дефекти

- Значителна сложност на дизайна

– Относително високи разходи за производство и поддръжка

Директна инжекция

В това решение инжекторът е монтиран в цилиндъра и впръсква гориво директно в горивната камера. От една страна, това е много полезно, тъй като ви позволява много бързо да замените заряда гориво-въздух над буталото. В допълнение, относително студеното гориво охлажда добре короната на буталото и стените на цилиндъра, така че е възможно да се увеличи степента на компресия и да се постигне по-висока ефективност на двигателя без страх от неблагоприятно изгаряне.

Двигателите с директно впръскване са проектирани да изгарят много бедни смеси въздух/гориво при ниски натоварвания на двигателя, за да постигнат изключително нисък разход на гориво. Оказа се обаче, че това причинява проблеми с излишъка от азотни оксиди в отработените газове, за отстраняване на които е необходимо да се монтират подходящи системи за почистване. Дизайнерите се справят с азотните оксиди по два начина: чрез добавяне на усилване и намаляване на размера или чрез инсталиране на сложна система от двуфазни дюзи. Практиката също така показва, че при директно впръскване на горивото, неблагоприятното явление на въглеродни отлагания във всмукателните канали на цилиндрите и по стеблите на всмукателните клапани (намаляване на динамиката на двигателя, увеличаване на разхода на гориво).

Това е така, защото както всмукателните отвори, така и всмукателните клапани не се промиват със сместа въздух/гориво, както при индиректното впръскване. Поради това те не се отмиват от фини маслени частици, влизащи в смукателната система от вентилационната система на картера. Маслените примеси се втвърдяват под въздействието на температурата, създавайки все по-дебел слой от нежелана утайка.

привилегии

– Много висока точност на дозиране на горивото

– Възможност за изгаряне на бедни смеси

– Много добра динамика на двигателя с нисък разход на гориво

дефекти

- Изключително сложен дизайн

– Много високи разходи за производство и поддръжка

– Проблеми с излишните азотни оксиди в отработените газове

- Въглеродни отлагания във всмукателната система

Двойно впръскване - директно и индиректно

Дизайнът на смесената система за впръскване се възползва от предимствата както на индиректното, така и на директното впръскване. Директното впръскване работи, когато двигателят е студен. Сместа гориво-въздух тече директно върху буталото и кондензацията е изключена. Когато двигателят е топъл и работи при леко натоварване (движение с постоянна скорост, плавно ускорение), директното впръскване спира да работи и многоточковото индиректно впръскване поема своята роля. Горивото се изпарява по-добре, много скъпите инжектори на системата за директно впръскване не работят и не се износват, всмукателните клапани се измиват от сместа гориво-въздух, така че по тях не се образуват отлагания. При големи натоварвания на двигателя (силни ускорения, бързо шофиране) отново се включва директно впръскване, което осигурява много бързо пълнене на цилиндрите.

привилегии

– Много прецизно дозиране на горивото

– Оптимална работа на двигателя при всякакви условия

– Много добра динамика на двигателя с нисък разход на гориво

– Без въглеродни отлагания във всмукателната система

дефекти

- Огромна сложност на дизайна

– Изключително високи разходи за производство и поддръжка