какое смесеобразование применяется в бензиновых двигателях

Топлива и способы смесеобразования, применяемые в двигателях внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания используются различные: газообразные, жидкие и даже твердые топлива, хотя практическое значение имеют только некоторые из них. Непосредственное сжига­ние, например, пылевидного твердого топлива в цилиндрах двига­теля технически вполне осуществимо, и такие попытки имели место. Однако золообразование в цилиндрах, чрезмерно высокий износ двигателя и другие связанные с этим трудности до сих пор не преодо­лены. Поэтому твердые топлива предварительно газифицируются в специальных установках — газогенераторах или же используют­ся как сырье для получения жидких топлив, например бензола. Таким образом, для приготовления рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания используются, как правило, жидкие или газообразные топлива.

Смесеобразование в поршневых двигателях во многом зависит от вида применяемого топлива.

Газообразное топливо смешивается с воздухом на входе в дви­гатель в специальном смесителе, поэтому в его цилиндры поступает уже готовая горючая смесь.

Топливовоздушную смесь из жидкого топлива и воздуха готовят Двумя способами:

1) чистый воздух и жидкое топливо подаются в цилиндры дви­гателя раздельно и перемешиваются непосредственно в цилиндрах, образуя с остаточными газами рабочую смесь;

2) жидкое топливо перемешивается с воздухом перед поступле­нием в цилиндры, куда поступает готовая горючая смесь.

Следовательно, возможны два способа приготовления топливо-воздушной смеси: вне цилиндров и непосредственно в цилиндрах. В зависимости от этого двигатели внутреннего сгорания принято разделять на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.

В двигателях с внешним смесеобразованием и зажиганием рабо­чей смеси от электрической искры, работающих на жидком топливе, горючая смесь чаще всего подготавливается в карбюраторах. Такие двигатели принято называть карбюраторными. Внутреннее смесеоб­разование преимущественно используется в двигателях с воспламе­нением рабочей смеси от тепла, накапливаемого в процессе сжатия. Такие двигатели называются двигателями с воспламенением от сжа­тия, или дизелями (по имени изобретателя Рудольфа Дизеля).

В практике применяются и другие сочетания методов приготов­ления и воспламенения рабочей смеси в поршневых двигателях, но они не изменяют основу рассмотренных методов смесеобразования.

Моторные топлива независимо от того, из какого исходного сырья и каким методом они получены, должны обладать определен­ными физико-химическими свойствами, обеспечивающими надеж­ную работу двигателей, хорошую их топливную экономичность и возможно меньшие износы деталей. Экономичность двигателей, а следовательно, и общий расход горючего в известной мере зависят от теплоты сгорания топлива. Особенно большое значение это имеет для транспортных двигателей, так как радиус действия тран­спортных средств зависит от запаса топлива, а емкости их баков ограничены.

Газообразные и жидкие топлива нефтяного происхождения представляют собой смеси различных углеводородов широкого фракционного состава. В практике используются топлива с фрак­ционным составом от легких газообразных до тяжелых, трудно испаряемых.

Физико-химические свойства моторных топлив, как правило, регламентируются государственными стандартами, которые обяза­тельно учитываются при проектировании новых двигателей.

Твердые топлива — антрацит, различные угли, древесина, торф, горючие сланцы и другие — используются для получения таких газообразных топлив, как светильный, коксовый, доменный и газо­генераторный газы, а также жидких топлив в виде сланцевых, угольных и других бензинов и бензолов, пригодных для сжигания в дви­гателях внутреннего сгорания.

Жидкие моторные топлива по роду исходного сырья подразде­ляются на две группы: нефтяные и ненефтяные, получаемые, напри­мер, при соответствующей переработке твердого топлива. В двига­телях внутреннего сгорания в основном применяются жидкие топлива, получаемые в больших количествах путем переработки нефти. Это бензин, керосин, газойлевые и соляровые фракции и даже мазут, который используется иногда в качестве тяжелого нефтя­ного топлива.

Бензин представляет собой наиболее летучую жидкую часть нефти, состоящую в основном из группы индивидуальных углево­дородных соединений от пентана С5Н12 до октана C8H18. Темпера­тура кипения бензиновых компонентов нефти не превышает 185-205°С.

Керосин состоит из более тяжелых углеводородов, выкипающих при температуре 290-300°С. Еще более тяжелыми фракциями являются газойль и соляровое масло. Температура выкипания угле­водородов газойлевой фракции достигает 380°С, а солярового мас­ла — 500°С.

Для карбюраторных двигателей основным топливом служит бензин, а в двигателях с воспламенением от сжатия используется дизельное топливо, основанное на смеси фракций нефти, темпера­тура кипения которых не выходит за пределы 350°С. В крупных стационарных дизелях находят применение тяжелые моторные топлива, состоящие из смеси солярового масла и мазута. Газотур­бинные двигатели работают на керосине.

Нефтяное топливо в основном состоит из химических элементов: углерода С и водорода Н. Содержание углерода колеблется в пре­делах 85 ÷ 87%, а водорода — 13 ÷ 15%. В небольших количествах они содержат кислород О, азот N, серу S и следы воды. Эти эле­менты входят в нефтепродукты в виде химических соединений, главными из которых являются углеводороды, составляющие сле­дующие группы (ряды): алканы, цикланы и ароматические угле­водороды бензольного ряда.

Групповой состав углеводородных соединений оказывает боль­шое влияние на физико-химические свойства топлив, предопределяя возможности их использования в определенных типах двигателей.

Для топлив карбюраторных двигателей важнейшим качеством является, например, детонационная стойкость. Если детонационная стойкость топлива не соответствует выбранной (завышенной) сте­пени сжатия, то нормальное протекание процесса сгорания нару­шается. Сгорание приобретает взрывной характер, порождающий ударную волну давления, которая распространяется в цилиндре со сверхзвуковой скоростью. Удары детонационной волны о стенки цилиндра и поршень при многократном отражении вызывают вибра­цию стенок, воспринимаемую как характерный резкий детонацион­ный стук. Работа двигателя с детонационным сгоранием недопустима, так как ухудшает его показатели и приводит к разрушению неко­торых ответственных деталей кривошипно-шатунного механизма.

Детонационная стойкость топлив зависит от группового состава углеводородных соединений. Чем больше в топливе ароматических соединений, тем выше его детонационная стойкость.

Антидетонационные свойства топлив оцениваются октановым числом путем сравнения топлив с эталонами. В качестве эталонов приняты изооктан (и—C8H18), обладающий хорошими антидето­национными свойствами, и нормальный гептан (н — С7Н16) с низ­кими антидетонационными свойствами. Октановое число топлива принимается численно равным процентному содержанию изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая оказывается равно­ценной данному топливу по детонационной стойкости при испыта­ниях в стандартных условиях. Октановые числа (о. ч.) современ­ных бензинов находятся в пределах 70 ÷ 100 единиц.

Для топлив, применяемых в дизелях, важнейшим качеством является самовоспламеняемость, определяющая степень жесткости работы двигателя, о которой можно судить, например, по резкости характерного стука, возникающего при работе дизеля. Самовоспла­меняемость дизельных топлив оценивается цетановым числом, которое определяют путем сравнения работы стандартного двига­теля на испытуемом топливе и па смеси эталонных топлив. В каче­стве эталонов используются цетан (С16Н34) из группы алканов с хорошей воспламеняемостью и альфа-метилнафталин (С10Н7СН3), являющийся ароматическим углеводородом, стойким против само­воспламенения. Цетановое число топлива принимается численно равным процентному содержанию цетана в такой смеси с альфа-метил нафталином, которая по самовоспламеняемости оказывается равноценной испытуемому топливу.

Чем выше содержание алканов в дизельном топливе, тем выше его склонность к самовоспламенению и тем мягче, без сильных сту­ков работают дизели. Цетановое число (ц. ч.) дизельных топлив составляет примерно 45—50 единиц.

Газообразные моторные топлива широко используются для пита­ния как транспортных, так и стационарных силовых установок.

Топлива, предназначенные для транспортных газовых двигателей, должны обладать высокой теплотой сгорания, так как иначе трудно обеспечить достаточный запас топлива при ограниченных габаритах и весе транспортных средств и их силовых устройств. Для стацио­нарных силовых установок это требование не является существен­ным, поскольку они могут питаться непосредственно от источников получения газа.

В качестве газообразного топлива в двигателях внутреннего сгорания используют природные, промышленные и газогенератор­ные газы. Природные газы получают из скважин подземных газовых месторождений и на промыслах добычи нефти (промысловые или нефтяные газы); промышленные газы представляют собой продукты переработки нефти, твердых горючих ископаемых (например, при выжиге кокса в доменном производстве, в ряде химических произ­водств и т. д.); газогенераторные газы получают путем газификации различных твердых топлив в газогенераторных установках.

Природные и промышленные газы в зависимости от их агрегатно­го состояния при использовании в качестве топлива подразделяют на два класса или группы: сжимаемые (или сжатые) и сжижаемые (или сжиженные). Эти названия групп носят условный характер, так как при глубоком охлаждении сжиженными могут быть и газы первого класса, имеющие низкую критическую температуру.

Высококалорийные газы состоят в основном из метана и имеют низшую теплоту сгорания 5500 ÷ 9000 ккал/м3 (≈ 22—36 Мдж/м3). В эту группу входят газы природные, нефтяные (промысловые) и ка­нализационные, получающиеся при переработке сточных вод город­ских канализационных систем. Сюда же относится метановая фрак­ция коксового газа.

Среднекалорийные газы содержат много водорода и окиси угле­рода; низшая теплота сгорания их составляет 3500 ÷ 5500 ккал/м3 (≈ 14,2—22 Мдж/м3). В основном это коксовый газ, получаемый в больших количествах при выжиге кокса.

Низкокалорийные газы характеризуются небольшим содержа­нием горючих компонентов, состоящих в основном из окиси угле­рода— 20 ÷ 30%. На инертные компоненты (балластную часть) этих газов приходится до 65%, поэтому низшая теплота сгорания их находится в пределах 1000 ÷ 3500 ккал/м3 (≈ 4—14,2 Мдж/м3). В эту группу входят доменный и различные силовые (генераторные) газы. Используются они без предварительного сжатия в основном в стационарных силовых установках.

К сжижаемым газам относятся: этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Ню. этилен С2Н4, пропилен С3НС, бутилен С4Н8 и другие компо­ненты нефтяных (промысловых) и промышленных газов. Низшая теплота сгорания этих газов находится в пределах 14000 ÷ 26000 ккал/м3 (56—104 Мдж/м3) — сжижаются они при обычных температурах и относительно невысоких давлениях. Это выгодно отличает их даже от высококалорийных сжимаемых газов, так как позволяет обходиться более тонкостенными баллонами, рассчитан­ными на рабочее давление, не превышающее 16 ÷ 20 кГ/см2 (≈ 1,6—2,0 Мдж/м2).

В качестве топлива для транспортных двигателей применяются в основном пропано-бутановые смеси.

Газообразные топлива по сравнению с бензином обладают более высокими октановыми числами, составляющими 90 ÷ 120 единиц, что позволяет повышать степень сжатия в двигателях без опасения вызвать детонационное сгорание. При работе на газообразном топ­ливе в поршневых двигателях заметно уменьшается также износ стенок цилиндров, меньше накапливается отложений, улучшается смесеобразование, вследствие чего облегчается пуск и обеспечивается более полное сгорание топлива в цилиндрах. Поэтому газообраз­ное топливо целесообразно использовать в автомобильных двига­телях.

В поршневых двигателях с внешним смесеобразованием можно использовать только некоторые из перечисленных видов моторных топлив — газообразные и жидкие, обладающие сравнительно хоро­шей испаряемостью, например бензин. При использовании топлив с недостаточной испаряемостью нельзя получить на входе в цилинд­ры горючую смесь с нужным паросодержанием, что нарушает смесеобразование и расстраивает нормальное протекание рабочего цикла в двигателе. С точки зрения ассортимента потребляемых топлив более предпочтителен поэтому способ внутреннего смесеобразо­вания. Двигатели с внутренним смесеобразованием при соответст­вующей организации процессов могут практически работать на лю­бых жидких моторных топливах, начиная от легких, высокооктано­вых бензинов до тяжелых погонов нефти. Такие многотопливные двигатели получают все большее распространение.

Источник

Непосредственный впрыск топлива бензиновых ДВС.

Система непосредственного впрыска топлива является самой современной и совершенной, с точки зрения экономия топлива и экологии, системой впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Впервые система непосредственного впрыска была применена на двигателе GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина), устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi. В настоящее время система непосредственного впрыска используется в двигателях многих автопроизводителей.

Toyota — D4
Mercedes-benz — CGI
Mitsubishi — GDI
Nissan — NEO DI
Renault — IDE
Alfa Romeo — JTS
PSA Peugeot Citroën — HPi
Mazda — DISI; SkyActive
General Motors — Ecotec
Ford — TwinForce, SCTi, EcoBoost
Volkswagen, Audi, Skoda — FSI, TSI, TFSI
Opel — SIDI (Spark Ignition Direct Injection)

Применение системы непосредственного впрыска позволяет достичь до 5-15% экономии топлива в режиме холостого хода и частичных нагрузок, а также сокращения выброса вредных веществ с отработавшими газами.

Устройство системы непосредственного впрыска топлива.

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива. Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя и включает топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива, топливную рампу, предохранительный клапан, датчик высокого давления и форсунки впрыска.

1. топливный бак
2. топливный насос
3. топливный фильтр
4. перепускной клапан
5. регулятор давления топлива
6. топливный насос высокого давления
7. трубопровод высокого давления
8. распределительный трубопровод
9. датчик высокого давления
10. предохранительный клапан
11. форсунки впрыска
12. адсорбер
13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к топливной рампе и далее к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПа) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от распределительного вала впускных клапанов.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления. Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре. Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе. Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива в камере сгорания для образования топливно-воздушной смеси.

Согласованную работу системы обеспечивает электронная система управления двигателем, которая является дальнейшим развитием объединенной системы впрыска и зажигания. Традиционно система управления двигателем объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные механизмы.

Помимо датчика высокого давления топлива в интересах системы непосредственного впрыска работают датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, расходомер воздуха, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры воздуха на впуске.

В совокупности датчики обеспечивают необходимой информацией блок управления двигателем, на основании которой блок воздействует на исполнительные механизмы — электромагнитные клапаны форсунок, предохранительный и перепускной клапаны.

Принцип действия системы непосредственного впрыска
Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов, мгновенный отклик на педаль акселератора) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя — режим макисмальной мощности или больших нагрузках — режим максимального момента. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах и на холостом ходу, когда нужно обеспичить максимальную экономию топлива. При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия, для этого поршень имеет специальную форму днища. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания. Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%, что снижает количество кислорода в камере сгорания.

На практике непосредственный впрыск приносит много головной боли своим владельцам, вся экономия топлива рассыпается в труху о стоимость ремонта и обслуживания.

1. Необходимо следить за чистотой бензина от механических примесей. Что попало (самый дешевый) в эти двигатели не пойдет. Только самый дорогой из доступных, причем АИ-98-100.

2. Приходится часто менять топливные фильтры (обычно 30-60т.км.), причем только оригинальные. Использование неоригингальных топливных фильтров чревато быстрым износом ТНВД и забитыми форсунками, со всеми прелестями их замены или ремонта. Можно конечно рисковать, но в случае чего — выйдет раком очень дорого.

4. Каждые 30-60т.км. необходимо обслуживать всю топливную систему — промывать форсунки, менять уплотнительные колечки, проверять все насосы и при необходимости менять (насос низкого давления) либо ремонтировать (насос высокого давления). Иначе можно «встать» колом.

5. Нужно подбирать масло так, чтобы оно не сильно загаживало камеру сгорания и впускные клапана (а значит зола не больше 1,15%, а в некоторых случаях и все 0,8-1% что явно не способствует стойкости масла и сроку жизни ДВС до износа), но так чтобы предотвратить износ распредвалов, цепей, шестерен и прочего. Подобрать такое масло — не так то просто, даже сами автопроизводители в своих допусках уже запутались…и даже придумали новую страшилку — проблема LSPI. Несите ваши денежки за новые масла…только это вам не поможет. Выбирайте — повышенный износ всего двигателя, но чистые от нагара клапана и каналы, либо — низкий износ и все заросшее нагаром, с опасностью клина. Хороший выбор, не правда ли? Что в лоб, что по лбу…особенно печально в свете того, что многие двигатели с непосредственным впрыском имеют пластинчатую цепь Морзе, либо кулачки распредвалов непосредственно скользят по толкателям клапанов без роликовых механизмов, имеющую крайне высокие требования к противозадирным и противоизносным компонентам ZDDP и ZP, содержание которых приходится постоянно снижать, с все ужесточающимися экологическими нормами. Сюда нужны исключительно полнозольники…иначе износ к 150т.км. будет критическим. Раз в пару-тройку лет — обязательная чистка.

6. Самое веселое — каждые 50-100т.км. необходимо очищать одним из способов (чаще всего — механически, с разборкой) впускные клапана и впускные окна головки блока, из-за того что они не омываются бензином — зарастают нагарами, отложениями, сажей. «Спасибо» системам EGR и принудительной вентиляции картера. Все это дерьмо прилетает именно оттуда и налипает повсюду. В противном случае двигатель сначала теряет мощность (обычно чуть больше 100т.км.), в некоторых случаях смесь обогащается (воздуха мало) и двигатель начинает под нагрузкой коптить, в особо тяжелых случаях (когда владелец — у меня 150-180тыщ ниче не делал по движку — машина огонь!) возможно повреждение клапанов (клинит и гнет…) либо даже отрыв тарелок, с крайне тяжелыми последствиями…а эти двигатели нихрена не простые в сборке-разборке. И еще более тяжелые в капремонте. Если делать самостоятельно — довольно сложно и трудоемко, если ехать в автосервис — неприлично дорого и велик риск что ничего путем не очистят, а протрут тряпочкой впускные каналы и ОК — ждем на капиталочку, лох подготовлен, счетчик запущен…

8. При езде на высоких скоростях, под нагрузкой, по трассе, когда нужен большой момент и мощность, для сопротивления нагрузке и воздушному потоку — экономия топлива от непосредственного впрыска едва ли укладывается в диапазон 1-5%. В таком режиме двигатель готовит исключительно стехиометрическую смесь, а то и богатит, когда нужна максимальная мощность. В таких режимах езды выгоды от непосредственного впрыска нет и быть не может.

9. Почти полная неликвидность авто с такими двигателями с реальным пробегом свыше 100-150т.км., даже если авто обслуживалось во время и проблем не доставляло. Сильное падение цены на вторичке. Владельцам приходится сматывать пробег в разы, чтобы вообще куда-то продать…и по этой причине невозможно понять, сколько же реально ходят эти двигатели?

К сожалению, непосредственный впрыск топлива бензиновых ДВС можно отнести еще к одной системе снижения ресурса до вмешательства, и вновь срок службы до первого ремонта не превышает 100-150т.км. городского пробега. Если хотите реально экономить топливо — покупайте дизель. Там тоже прелестей хватает («зимнее» летнее диз.топливо, свечи накала, топливные фильтры, прокладки форсунок, ТНВД, сажевые фильтры…), но рассчитаны они обычно для комтранса, имеют огромный запас прочности (сравните поршни, толщину колец, шатунов, коленвала, конструкцию головы, блока) и раньше 250-350т.км. вы туда вряд ли вообще полезите.

Источник

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Компоненты системы смесеобразования в бензиновом двигателе

Компоненты системы смесеобразования должны обеспечивать надлежащее образование топливно-воздушной смеси при использовании той или иной системы впрыска топлива. В си­стеме с впрыском топлива во впускной коллектор, это в основном задача топливного инжек­тора, в то время как в системе прямого впрыска топлива может быть установлена дополнитель­ная заслонка для повышения турбулентности. Вот о том, какие компоненты системы смесеобразования бывают, мы и поговорим в этой статье.

Форсунка для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод

Конструкция и функция топливной форсунки

Электромагнитная форсунка включает сле­дующие основные компоненты (см. рис. «Топливная форсунка для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод» ):

Фильтр на впуске топлива защищает фор­сунку от загрязнений. Уплотнительное кольцо (круглого сечения) на гидравлическом соеди­нителе служит для уплотнения форсунки в топливной рампе. Нижнее уплотнительное кольцо обеспечивает уплотнение между фор­сункой и впускным трубопроводом.

Когда катушка электромагнита обесточена, шарик игольчатого клапана прижимается к седлу конической формы пружиной и уси­лием, создаваемым давлением топлива. При этом система подачи топлива изолирована от впускного трубопровода.

Когда на катушку электромагнита подается электрическое питание, создается магнитное поле, притягивающее якорь электромагнита игольчатого клапана. Шарик клапана подни­мается над седлом, и происходит впрыск то­плива. Когда катушка обесточивается, иголь­чатый клапан закрывается под действием усилия пружины.

Топливо распыляется пластиной с отверсти­ями. Для лучшего распыления топлива ранее использовавшиеся распылительные пластины с четырьмя отверстиями были заменены на рас­пылительные пластины с большим количеством отверстий (до двенадцати). Штампованные диа­фрагмы обеспечивают хорошую стабильность количества впрыскиваемого топлива. Форма струи топлива, выходящей из форсунки, опре­деляется количеством отверстий в распыли­тельной пластине и их конфигурацией.

Количество топлива, впрыскиваемое за единицу времени, определяется в основном предварительным давлением в системе подачи топлива, противодавлением во впускном трубо­проводе и геометрией области выпуска топлива.

Образование и направление струи топлива в форсунках

Процесс образования струи топлива, т.е. ее форма, угол рассеивания и размер капель топлива оказывают влияние на образование топливно-воздушной смеси. Различная геоме­трия впускного трубопровода и головки блока цилиндров вызывают необходимость в создании струй топлива различной формы. Различные варианты формы струи топлива показаны ниже.

Конусная форма распыления

Отдельные струи топлива, выходящие из от­верстий распылительной пластины (см. рис. а, «Формы струй топлива» ), вместе образуют конусную струю.

Форсунки, обеспечивающие конусную форму струи топлива, обычно устанавлива­ются на двигателях с одним впускным кла­паном на каждый цилиндр. Однако они мо­гут использоваться и на двигателях с двумя впускными клапанами на одном цилиндре.

Двухструйная форсунка

Двухструйные форсунки (см. рис. Ь, «Формы струй топлива» ) часто ис­пользуются на двигателях с двумя впускными клапанами на одном цилиндре. Отверстия в рас­пылительной пластине расположены таким об­разом, что из форсунки выходят две конусные струи, направленные к соответствующим впуск­ным клапанам или на перегородку между впуск­ными клапанами.

Форсунка с угловым отклонением струи: Струя топлива выходит из форсунки под углом к ее оси (см. рис. с, «Формы струй топлива» ).

Такие форсунки в основном используются, когда конструктивные особенности камеры сгорания не позволяют использовать фор­сунку с соосным направлением струи.

Электрическая активация форсунки

Выходной модуль в блоке управления двига­телем приводит форсунку в действие, пода­вая на нее соответствующий сигнал (см. рис. а, «Активация топливной форсунки» ). При подаче напряжения электрический ток в катушке электромагнита возрастает (см. рис. Ь), что вызывает подъем игольчатого клапана (см. рис. с). Максимальный подъем клапана достигается по истечении времени подъема. Впрыск топлива начинается, как только шарик клапана выходит из седла. Зави­симость количества впрыскиваемого топлива от времени показана на рис. d.

Поскольку после обесточивания катушки магнитное поле не исчезает мгновенно, клапан закрывается с задержкой. Клапан полностью закрывается по истечении времени отпадания.

Нелинейность характеристики на участках от­крытия и отпадания клапана форсунки должна быть скомпенсирована в течение периода от­крытого состояния форсунки (время впрыска). Скорость подъема шарика клапана также за­висит от напряжения аккумуляторной батареи Слияние напряжения компенсируется посред­ством коррекции продолжительности впрыска.

Форсунка высокого давления для бензинового двигателя

С связи с тем, что для систем прямого впры­ска топлива требуется более высокое дав­ление, форсунка должна отвечать дополни­тельным требованиям. Для систем прямого впрыска топлива для бензиновых двигателей были разработаны специальные топливные форсунки высокого давления.

Функциями форсунки высокого давления яв­ляются дозирование и распыление топлива. Распыление топлива необходимо для смеши­вания топлива с воздухом в камере сгорания. В зависимости от режима работы топливо концентрируется вблизи свечи зажигания (послойный заряд) или равномерно распре­деляется во всем объеме камеры сгорания (однородное распределение).

Чтобы обеспечить оптимальное смесеобра­зование, топливо впрыскивается под давлением до 200 бар. Требуемое количество топлива раз­деляется на несколько коротких впрысков.

Конструкция и функция форсунки высокого давления

Топливная форсунка высокого давления (см. рис. «Топливная форсунка высокого давления для систем прямого впрыска» ) состоит из корпуса, седла клапана, игольчатого клапана с якорем электромаг­нита, пружины и катушки электромагнита.

При протекании через катушку электриче­ского тока создается магнитное поле, кото­рое поднимает игольчатый клапан из седла, преодолевая усилие пружины. При этом от­крывается выпускное отверстие клапана. По­скольку давление топлива значительно выше давления в камере сгорания, топливо впры­скивается в камеру сгорания. Тонкое распы­ление топлива обеспечивается за счет надле­жащей геометрии сопла на конце форсунки.

Когда катушка обесточивается, игла кла­пана прижимается пружиной к седлу и пере­крывает подачу топлива.

Поскольку игольчатый клапан открывается внутрь, процессу закрытия способствует давле­ние, имеющееся в топливной рампе. В то же время во время открытия клапана, это давление дей­ствует в направлении, противоположном направ­лению открытия. В результате для этих форсунок требуется более сильное магнитное поле, чем для обычных топливных форсунок для систем с впры­ском топлива во впускной трубопровод.

Образование струи топлива

Точное дозирование топлива может осущест­вляться за счет открытия клапана и удержания его с полностью поднятой иглой в течение определенного времени. Количество впрыски­ваемого топлива зависит от давления в топлив­ной рампе, противодавления в камере сгорания и времени открытия клапана. Распыление то­плива обеспечивается соответствующей геоме­трией седла клапана и направляющей потока, служащей для создания завихрений.

В топливных форсунках второго поколения завихряющие клапаны с одним отверстием, создающие «полую» коническую струю, заме­нены клапанами с несколькими отверстиями, имеющими намного лучшие характеристики в отношении формы струи, тонкости распыле­ния топлива, распределения отдельных струй по массе топлива и т.д. Эти форсунки обеспе­чивают адаптацию отдельных струй топлива к геометрии камеры сгорания (нацеливание струи), что позволяет повысить рабочие ха­рактеристики двигателя, снизить токсичность отработавших газов, обеспечить более ровную работу двигателя и т.д.

Активация топливной форсунки высокого давления

Чтобы обеспечить надежный и повторяемый впрыск, электрический ток, протекающий по катушке, должен иметь определенную до­статочно сложную форму. Сигнал включения форсунки выдает микропроцессор блока управления двигателем (см. рис. а, «Характеристики топливного инжектора высокого давления» ). В со­ответствии с этим сигналом выходной модуль Преобразователь постоянного напряжения в блоке управления двигателем генерирует бустерное напряжение величиной 65 В. Это напряжение необходимо для как можно бо­лее быстрого создания высокого электриче­ского тока на начальной стадии. Это необхо­димо, чтобы как можно быстрее поднять иглу клапана. На этой стадии игла клапана дости­гает положения максимального подъема (см. Рис. с). Когда форсунка будет полностью открыта, для ее удержания в открытом по­ложении достаточно значительно меньшего электрического тока (ток удержания). При по­стоянном подъеме иглы клапана количество впрыскиваемого топлива пропорционально продолжительности впрыска (см. рис. d).

Завихряющие заслонки

Завихряющие заслонки располагаются перед впускными клапанами (см. рис. «Завихряющая заслонка» ) и обычно находятся в горизонтальном поло­жении. Будучи закрытой, завихряющая за­слонка ускоряет движение заряда, тем самым способствуя смешиванию воздуха и топлива в камере сгорания. Кроме того, повышение турбулентности потока позволяет увеличить скорость сгорания топлива, тем самым, ока­зывает положительное влияние на расход топлива и плавность работы двигателя.

В системах прямого впрыска топлива имею­щееся в наличии время смесеобразования значительно меньше, чем в системах с впрыском топлива во впускной трубопро­вод. Для обеспечения достаточно хорошего смесеобразования в течение этого короткого периода, прежде всего при малых частотах вращения коленчатого вала, в системах пря­мого впрыска топлива иногда применяются

Имеются два различных вида завихряющих заслонок: с двухступенчатой конструк­цией и работающих в непрерывном режиме.

Источник