Системы непосредственного впрыска топлива.

    Наиболее современными системами управления двигателем являются системы с непосредственным впрыскиванием топлива. Здесь топливная форсунка впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания, то есть, во внутренний объём цилиндра. Благодаря этому, при работе двигателя с низкой нагрузкой (холостой ход, равномерное движение автомобиля с небольшой скоростью...) удалось достичь приготовления внутри цилиндра топливовоздушной смеси с неоднородным соотношением воздух-топливо. Вблизи электродов свечи зажигания образуется нормальная или немного обогащённая смесь, за счёт чего происходит устойчивое воспламенение этой смеси от искрового разряда между электродами свечи зажигания. В остальном объёме цилиндра образуются бедные и сверхбедные смеси, которые сгорают от пламени горения нормальной по составу смеси вблизи электродов свечи зажигания. За счёт послойного приготовления топливовоздушной смеси (состав смеси в объёме камеры сгорания неоднороден), усреднённый состав приготовляемой и сжигаемой таким образом топливовоздушной смеси оказывается сверхбедным - соотношение воздух-топливо при работе двигателя в таком режиме может достигать значений 30:1...40:1. Для сравнения, на бензиновом двигателе с подачей топлива во впускной коллектор и оборудованном специальными завихрителями потока воздуха (для создания послойной смеси в камере сгорания) не удаётся достичь обеднения топливовоздушной смеси с соотношением воздух-топливо более 25:1. А, как известно, обеднение топливовоздушной смеси позволяет заметно снизить количество расходуемого двигателем топлива.

    Системы управления двигателем с непосредственным впрыскиванием топлива, да и сами двигатели, обслуживаемые подобными системами, имеют ряд отличий от обычных систем с точечным впрыскиванием топлива. Это: вертикальные каналы ввода потока воздуха в цилиндры, поршни с закругленной выборкой для направления топливной смеси в сторону свечи зажигания, вихревые инжекторы высокого давления, топливный насос высокого давления. Кроме того, при работе двигателя на сверхбедных смесях, впрыскивание топлива в камеру сгорания происходит в конце такта сжатия. Из-за высокого давления в камере сгорания в момент впрыска топлива, а так же для обеспечения направленного перемещения впрыснутого топлива к свече зажигания, давление топлива в топливной рейке здесь существенно увеличено, соответственно изменена и конструкция топливной форсунки. С целью повышения давления в топливной рейке, кроме электрического топливного насоса, размещённого внутри бака, здесь дополнительно применён механический топливный насос высокого давления, приводимый от распределительного вала двигателя. Механический топливный насос высокого давления обеспечивает поддержание давления в топливной рейке на уровне нескольких десятков Bar.

    Для обеспечения правильного послойного образования топливовоздушной смеси, движение воздушного потока внутри цилиндра было оптимизировано за счёт изменения конструкции двигателя - изменены форма и направление впускного воздушного канала для создания в камере сгорания вертикально направленных воздушных потоков. Так же здесь применена специальная форма днища поршня. За счёт изменённой формы днища поршня, струя впрыскиваемого форсункой топлива "отражается" от наклонного углубления в днище поршня и направляется к свече зажигания, где образуется область с достаточно богатым содержанием топлива.

    В связи с повышением давления топлива в топливной рейке, потребовалось значительно сократить длительность открытия топливной форсунки, измеряемое здесь в единицах десятых долей милли Секунды. Для уменьшения инерционности топливных форсунок, величина управляющего форсунками напряжения была значительно увеличена и достигает нескольких десятков Вольт. Для управления топливными форсунками многих систем непосредственного впрыска топлива применяется специальный модуль, преобразующий низковольтные импульсы от блока управления двигателем в высоковольтные импульсы для управления топливными форсунками.

впрыск топлива инжекторных двигателей

Осциллограммы напряжений сигналов управления топливной форсункой системы непосредственного впрыска топлива.

  1. Осциллограмма напряжения на одном из выводов топливной форсунки системы непосредственного впрыска топлива.
  2. Осциллограмма напряжения на втором из выводов топливной форсунки системы непосредственного впрыска топлива.
  3. Осциллограмма напряжения, воздействующего на обмотку топливной форсунки системы непосредственного впрыска топлива

    Следует отметить, что при работе двигателя на холостом ходу, для поддержаниянеобходимой температуры нейтрализатора выхлопных газов приготовление сверхбеднойтопливовоздушной смеси периодически чередуется с приготовлением обычныйоднородной смеси (послойное смесеобразование чередуется с гомогеннымсмесеобразованием). При гомогенном смесеобразовании впрыск топлива в камеру сгорания происходит не во время такта сжатия, а на такте впуска. Переключения междупослойным и гомогенным смесеобразованием заметны по незначительному изменению частоты вращения двигателя на холостом ходу.    

    На определенных режимах работы двигателя возможен комбинированный режим приготовления смеси, когда топливо впрыскивается форсунками на такте впуска и дополнительно в конце такта сжатия.    

Из-за низкого качества топлива, повышается степень износа деталей некоторых узлов системы непосредственного впрыскивания топлива. Высокое содержание серы и нерегламентированных присадок в бензине фактически сводит на нет экономические, экологические и мощностные показатели данных двигателей. Поэтому, не многие производители автомобилей одобряют эксплуатацию таких двигателей в странах СНГ.