Войти
Коллекторный впрыск - это система смесеобразования для двигателей внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием. Он обычно используется в двигателях с искровым зажиганием, которые используют бензин в качестве топлива, таких как двигатель Отто и двигатель Ванкеля. В двигателе с впрыском в коллектор топливо впрыскивается во впускной коллектор, где оно начинает образовывать горючую воздушно-топливную смесь с воздухом. Как только впускной клапан открывается, поршень начинает всасывать еще образующуюся смесь. Обычно эта смесь относительно однородна и, по крайней мере, в серийных двигателях для легковых автомобилей, приблизительно стехиометрическая ; это означает, что топливо и воздух равномерно распределяются по камере сгорания и присутствует достаточно, но не больше воздуха, чем требуется для полного сгорания топлива. Время впрыска и измерение количества топлива можно контролировать механически (с помощью распределителя топлива) или электронно (с помощью блока управления двигателем ). С 1970-х и 1980-х годов впрыск в коллекторе заменяет карбюраторы в легковых автомобилях. Однако с конца 1990-х годов производители автомобилей начали использовать непосредственный впрыск бензина, что привело к сокращению использования системы впрыска через коллектор на вновь выпускаемых автомобилях.
Существует два разных типа впрыска в коллектор:
В этой статье используются термины многоточечное впрыскивание (MPI) и одноточечное впрыскивание (SPI). В системе MPI имеется одна топливная форсунка на цилиндр, установленная очень близко к впускному клапану (ам). В системе SPI есть только одна топливная форсунка, обычно устанавливаемая сразу за дроссельной заслонкой. Современные системы впрыска в коллекторе обычно представляют собой системы MPI, системы SPI в настоящее время считаются устаревшими.
Механическая система впрыска MPI с непрерывным впрыском топлива Bosch K-Jetronic (ок. 1980-е гг.) Часть справа с выходящими из нее красными топливопроводами - распределитель топлива; Часть слева представляет собой поршень с вакуумным приводом, используемый для определения количества воздуха, всасываемого в данный момент в двигатель. В двигателе с впрыском в коллектор топливо впрыскивается под относительно низким давлением (70... 1470 кПа) во впускной коллектор с образованием мелкодисперсных паров топлива. Этот пар может затем образовывать горючую смесь с воздухом, и смесь всасывается в цилиндр поршнем во время такта впуска. В двигателях Отто используется метод, называемый количественным контролем, для установки желаемого крутящего момента двигателя, что означает, что количество смеси, всасываемой в двигатель, определяет величину создаваемого крутящего момента. Для регулирования количества смеси используется дроссельная заслонка, поэтому регулирование количества также называют дросселированием всасываемого воздуха. Дросселирование всасываемого воздуха изменяет количество воздуха, всасываемого в двигатель, а это означает, что если требуется стехиометрическая () воздушно-топливная смесь, количество впрыскиваемого топлива должно быть изменено вместе с дросселированием всасываемого воздуха. Для этого у систем впрыска в коллекторе есть по крайней мере один способ измерения количества воздуха, который в данный момент всасывается в двигатель. В системах с механическим управлением и распределителем топлива используется поршень с вакуумным приводом, непосредственно связанный с рейкой управления, тогда как в системах впрыска в коллекторе с электронным управлением обычно используются датчик воздушного потока и лямбда-зонд. Только системы с электронным управлением могут формировать стехиометрическую топливно-воздушную смесь с достаточной точностью для того, чтобы трехкомпонентный катализатор работал должным образом, поэтому системы впрыска в коллекторе с механическим управлением, такие как Bosch K-Jetronic, теперь считаются устаревшими.
Форсунка с одноточечным впрыском топлива в Bosch Mono-Jetronic (примерно 1990-е годы) Как следует из названия, двигатель с одноточечным впрыском (SPI) имеет только одну топливную форсунку. Обычно он устанавливается сразу за дроссельной заслонкой в корпусе дроссельной заслонки. Следовательно, двигатели с одноточечным впрыском очень похожи на карбюраторные, часто имея те же впускные коллекторы, что и их карбюраторные аналоги. Одноточечный впрыск был известной технологией с 1960-х годов, но долгое время считался уступающим карбюраторам, поскольку для этого требуется топливный насос, а значит, он более сложен. Только с появлением в 1980-х годах недорогих цифровых блоков управления двигателем ( ЭБУ ) одноточечный впрыск стал разумным вариантом для легковых автомобилей. Обычно использовались системы периодического впрыска с низким давлением впрыска (70... 100 кПа), что позволяло использовать недорогие электрические насосы для впрыска топлива. Очень распространенной системой одноточечного впрыска, используемой во многих легковых автомобилях, является Bosch Mono-Jetronic, который немецкий автомобильный журналист Олаф фон Ферзен считает «комбинацией впрыска топлива и карбюратора». Системы одноточечного впрыска помогли производителям автомобилей легко модернизировать свои карбюраторные двигатели с помощью простой и недорогой системы впрыска топлива. Однако одноточечный впрыск не позволяет формировать очень точные смеси, необходимые для современных норм выбросов, и поэтому считается устаревшей технологией в легковых автомобилях.
Рядный шестицилиндровый двигатель BMW M88 В этом примере показана базовая схема двигателя с многоточечным впрыском - каждый цилиндр оснащен собственной топливной форсункой, и каждая топливная форсунка имеет свою собственную топливную магистраль (белые части), идущую прямо в топливный насос высокого давления. (установлен с правой стороны) В двигателе с многоточечным впрыском топлива каждый цилиндр имеет свою собственную топливную форсунку, и топливные форсунки обычно устанавливаются в непосредственной близости от впускного клапана (ов). Таким образом, форсунки впрыскивают топливо через открытый впускной клапан в цилиндр, что не следует путать с прямым впрыском. В некоторых системах многоточечного впрыска вместо отдельных форсунок также используются трубки с тарельчатыми клапанами, питаемыми от центрального инжектора. Однако обычно двигатель с многоточечным впрыском имеет по одной топливной форсунке на цилиндр, электрический топливный насос, распределитель топлива, датчик воздушного потока и, в современных двигателях, блок управления двигателем. Температура около впускного клапана (ов) довольно высока, такт впуска вызывает завихрение всасываемого воздуха, и для образования топливовоздушной смеси остается много времени. Таким образом, топливо не требует большого распыления. Качество распыления зависит от давления впрыска, что означает, что относительно низкое давление впрыска (по сравнению с прямым впрыском) достаточно для двигателей с многоточечным впрыском. Низкое давление впрыска приводит к низкой относительной скорости воздуха и топлива, что вызывает большие и медленно испаряющиеся капли топлива. Следовательно, время впрыска должно быть точным, если несгоревшее топливо (и, следовательно, высокие выбросы углеводородов) нежелательны. По этой причине системы непрерывного впрыска, такие как Bosch K-Jetronic, устарели. В современных многоточечных системах впрыска вместо этого используется прерывистый впрыск с электронным управлением.
В двигателях с впрыском во коллекторе существует три основных метода измерения количества топлива и управления моментом впрыска.
Система механического ТНВД "Kugelfischer" В этой системе используется трехмерный кулачок. В ранних двигателях с впрыском во впрыск во впрыскивающем блоке с полностью механическими системами впрыска использовался впрыскивающий насос с цепным или ременным приводом с механической «аналоговой» схемой двигателя. Это позволяло впрыскивать топливо с перерывами и относительно точно. Обычно такие ТНВД имеют трехмерный кулачок, который изображает карту двигателя. В зависимости от положения дроссельной заслонки трехмерный кулачок перемещается в осевом направлении на своем валу. Подборщик роликового типа, который напрямую связан с рейкой управления ТНВД, движется на трехмерном кулачке. В зависимости от положения трехмерного кулачка он толкает внутрь или наружу плунжеры впрыскивающего насоса, приводимого в действие распределительным валом, который регулирует как количество впрыскиваемого топлива, так и время впрыска. Поршни впрыска создают давление впрыска и действуют как распределители топлива. Обычно имеется дополнительный регулирующий стержень, соединенный с барометрической ячейкой, и термометр охлаждающей воды, так что массу топлива можно корректировать в соответствии с давлением воздуха и температурой воды. Системы впрыска Kugelfischer также имеют механический центробежный датчик частоты вращения коленчатого вала. Многоточечные системы впрыска с механическим управлением использовались до 1970-х годов.
В системах без управления синхронизацией впрыска топливо впрыскивается непрерывно, поэтому синхронизация впрыска не требуется. Самым большим недостатком таких систем является то, что топливо также впрыскивается при закрытых впускных клапанах, но такие системы намного проще и дешевле, чем системы механического впрыска с картами двигателя на трехмерных кулачках. Необходимо определить только количество впрыскиваемого топлива, что очень легко сделать с помощью довольно простого распределителя топлива, который управляется датчиком воздушного потока с вакуумным приводом во впускном коллекторе. Распределитель топлива не должен создавать давление впрыска, поскольку топливный насос уже обеспечивает давление, достаточное для впрыска (до 500 кПа). Поэтому такие системы называются "без приводов", и их не нужно приводить в движение цепью или ремнем, в отличие от систем с механическими насосами для впрыска. Также не требуется блок управления двигателем. Системы многоточечного впрыска без двигателя без контроля времени впрыска, такие как Bosch K-Jetronic, использовались с середины 1970-х до начала 1990-х годов в легковых автомобилях.
Bosch LH-Jetronic Электронный блок управления двигателем имеет карту двигателя, хранящуюся в его ПЗУ, и использует ее, а также данные датчиков, чтобы определить, сколько топлива нужно впрыснуть, и когда нужно впрыснуть топливо. Двигатели с впрыском топлива и электронным блоком управления двигателем часто называют двигателями с электронным впрыском топлива (EFI). Как правило, двигатели EFI имеют карту двигателя, встроенную в дискретные электронные компоненты, такие как постоянная память. Это и надежнее, и точнее, чем трехмерный кулачок. Схема управления двигателем использует карту двигателя, а также воздушный поток, дроссельную заслонку, частоту вращения коленчатого вала и данные датчика температуры всасываемого воздуха для определения как количества впрыскиваемого топлива, так и момента впрыска. Обычно такие системы имеют единственную топливную рампу под давлением и клапаны впрыска, которые открываются в соответствии с электрическим сигналом, посылаемым от схемы управления двигателем. Схема может быть полностью аналоговой или цифровой. Аналоговые системы, такие как Bendix Electrojector, были нишевыми системами и использовались с конца 1950-х до начала 1970-х годов; цифровые схемы стали доступны в конце 1970-х годов и с тех пор используются в электронных системах управления двигателем. Одним из первых широко распространенных цифровых блоков управления двигателем стал Bosch Motronic.
Чтобы правильно смешать воздух и топливо, чтобы сформировалась надлежащая воздушно-топливная смесь, системе управления впрыском необходимо знать, сколько воздуха всасывается в двигатель, чтобы она могла определить, сколько топлива должно быть впрыснуто соответствующим образом. В современных системах расходомер воздуха, встроенный в корпус дроссельной заслонки, измеряет воздушную массу и посылает сигнал блоку управления двигателем, чтобы он мог рассчитать правильную массу топлива. В качестве альтернативы можно использовать датчик вакуума в коллекторе. Сигнал датчика вакуума в коллекторе, положение дроссельной заслонки и частота вращения коленчатого вала затем могут использоваться блоком управления двигателем для расчета правильного количества топлива. В современных двигателях используется комбинация всех этих систем. Системы управления механическим впрыском, а также системы без двигателя обычно имеют только датчик вакуума во впускном коллекторе (мембрану или пластину датчика), который механически соединен с рейкой ТНВД или распределителем топлива.
В двигателях с впрыском в коллектор можно использовать как непрерывный, так и прерывистый впрыск. В системе с непрерывным впрыском топливо впрыскивается непрерывно, поэтому режимов работы нет. Однако в системах с периодическим впрыском обычно существует четыре различных режима работы.
В системе с одновременным прерывистым впрыском имеется единое фиксированное время впрыска для всех цилиндров. Поэтому момент впрыска идеален только для некоторых цилиндров; всегда есть по крайней мере один цилиндр, в который впрыскивается топливо через закрытые впускные клапаны. Это вызывает разное время испарения топлива для каждого цилиндра.
Системы с прерывистым групповым впрыском работают аналогично упомянутым ранее системам одновременного впрыска, за исключением того, что они имеют две или более групп одновременного впрыска топливных форсунок. Обычно группа состоит из двух топливных форсунок. В двигателе с двумя группами топливных форсунок впрыск происходит через каждые половину оборота коленчатого вала, так что, по крайней мере, в некоторых областях схемы двигателя топливо не впрыскивается через закрытый впускной клапан. Это улучшение по сравнению с системой одновременного введения. Однако время испарения топлива для каждого цилиндра по-прежнему разное.
В системе с последовательным впрыском каждая топливная форсунка имеет фиксированную, правильно настроенную синхронизацию впрыска, которая синхронизирована с порядком зажигания свечи зажигания и открытием впускного клапана. Таким образом, впрыск топлива при закрытых впускных клапанах прекращается.
Впрыск, специфичный для цилиндра, означает отсутствие ограничений по времени впрыска. Система управления впрыском может устанавливать время впрыска для каждого цилиндра индивидуально, и нет фиксированной синхронизации между форсунками каждого цилиндра. Это позволяет блоку управления впрыском впрыскивать топливо не только в соответствии с порядком зажигания и интервалами открытия впускного клапана, но также позволяет корректировать неравномерность заряда цилиндров. Недостатком этой системы является то, что она требует определения воздушной массы для конкретного цилиндра, что делает ее более сложной, чем система последовательного впрыска.
Первую систему впрыска с коллектором разработал Йоханнес Шпиль в Hallesche Maschinenfabrik. Компания Deutz начала серийное производство стационарных четырехтактных двигателей с впрыском в коллектор в 1898 году. Грейд построил первый двухтактный двигатель с впрыском в коллектор в 1906 году; Первые серийные четырехтактные авиационные двигатели с впрыском коллектора были построены Райт и Антуанеттой в том же году ( Antoinette 8V ). В 1912 году компания Bosch оснастила гидроцикл самодельным топливным насосом, построенным из масляного насоса, но эта система оказалась ненадежной. В 1920-х годах они попытались использовать топливный насос дизельного двигателя в бензиновом двигателе Отто. Однако они не увенчались успехом. В 1930 году Moto Guzzi построил первый двигатель Отто с впрыском коллектора для мотоциклов, который в конечном итоге стал первым двигателем для наземных транспортных средств с впрыском коллектора. С 1930-х до 1950-х годов системы впрыска коллектора не использовались в легковых автомобилях, несмотря на то, что такие системы существовали. Это произошло потому, что карбюратор оказался более простой и менее дорогой, но при этом достаточной системой смесеобразования, которую еще не требовали замены.
В ок. В 1950 году компания Daimler-Benz начала разработку системы непосредственного впрыска бензина для своих спортивных автомобилей Mercedes-Benz. Однако для легковых автомобилей более целесообразной была признана система впрыска в коллекторе. В конце концов, легковые автомобили Mercedes-Benz W 128, W 113, W 189 и W 112 были оснащены двигателями Otto с впрыском коллектора.
С 1951 по 1956 год компания FAG Kugelfischer Georg Schäfer amp; Co. разработала механическую систему впрыска Kugelfischer. Он использовался во многих легковых автомобилях, таких как Peugeot 404 (1962), Lancia Flavia iniezione (1965), BMW E10 (1969), Ford Capri RS 2600 (1970), BMW E12 (1973), BMW E20 (1973), и BMW E26 (1978).
В 1957 году Bendix Corporation представила Bendix Electrojector, одну из первых систем впрыска в коллектор с электронным управлением. Bosch построил эту систему по лицензии и продавал ее с 1967 года как Bosch D-Jetronic. В 1973 году компания Bosch представила свои первые системы многоточечного впрыска собственной разработки, электронную Bosch L-Jetronic и механическую, без двигателя, Bosch K-Jetronic. Их полностью цифровая система Bosch Motronic была представлена в 1979 году. Она нашла широкое применение в немецких салонах класса люкс. В то же время большинство американских производителей автомобилей придерживались электронных систем одноточечного впрыска. В середине 1980-х годов компания Bosch модернизировала свои системы многоточечного впрыска, отличные от Motronic, с помощью цифровых блоков управления двигателем, создав KE-Jetronic и LH-Jetronic. Volkswagen разработал цифровую систему впрыска Volkswagen Digijet, которая в 1985 году превратилась в систему Volkswagen Digifant.
Недорогие одноточечные системы впрыска, которые работали с двух- или трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами, такие как Bosch Mono-Jetronic, представленный в 1987 году, позволили производителям автомобилей предложить экономичную альтернативу карбюраторам даже в своих автомобилях эконом-класса, что помогло широкое распространение коллекторных систем впрыска во всех сегментах рынка легковых автомобилей в течение 1990-х годов. В 1995 году компания Mitsubishi представила первый бензиновый двигатель Otto с прямым впрыском для легковых автомобилей, и с тех пор система прямого впрыска бензина заменяет впрыск в коллекторе, но не во всех сегментах рынка; в нескольких недавно произведенных двигателях легковых автомобилей до сих пор используется многоточечный впрыск.
