Что такое прямой впрыск топлива в дизеле
Перейти к содержимому

Что такое прямой впрыск топлива в дизеле

  • автор:

Дизель с непосредственным впрыском

Дизель, в котором топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, выполненную в поршне, называется дизель с непосредственным впрыскомDI (Direct Injection).
Дизели с разделенной камерой сгорания мягче работают и меньше шумят. Тем не менее, двигатели с непосредственным впрыском все более широко используются на автомобилях, потому что их топливная экономичность примерно на 20 % выше.
Подробнее — в главе Система питания дизельного двигателя

Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

Прямой впрыск, непрямой вспрыск: в чем разница?

Инжекция представляет собой устройство для подачи топлива в двигатели внутреннего сгорания и подачи топлива в камеру сгорания. Этот процесс может быть осуществлен как прямым, так и непрямым впрыском. В этой статье вы узнаете различия между этими двумя устройствами и влияние каждого из этих методов на работу двигателя.

Самый распространенный на сегодняшний день метод прямого впрыска позволяет снизить расход топлива, чтобы соответствовать новым экологическим стандартам. Эта система ограничивает выбросы загрязняющих веществ и улучшает эксплуатационные характеристики, другими словами, увеличивает крутящий момент при переключении на низкие обороты. В отличие от непрямого впрыска, система непосредственного впрыска не сильно отличается от бензинового и дизельного двигателя. Главное отличие состоит в том, что на дизельных двигателях шум при сгорании больше. Частично поэтому была внедрена система прямого впрыска Common Rail.

Принцип этой системы относительно прост: топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр (или камеру сгорания) в нужное время. Этот тип впрыска держит всасывающее устройство в чистоте. На самом деле, количество впрыскиваемого топлива более контролируемо, так как это электронная система.

Система непрямого впрыска не работает так же, как бензиновый или дизельный двигатель. Положение форсунок определяет тип впрыска.

1. Непрямой впрыск бензина

В случае непрямого впрыска бензина инжекторы располагаются перед впускным клапаном, т.е. во впускном коллекторе. Это позволяет воздушно-топливной смеси поступать в двигатель при открытии впускного клапана. Инжекторы выпускают воздух непосредственно в камеру сгорания над поршнем. Это позволяет смеси смешиваться в камере сгорания.

2. Непрямой впрыск дизельного топлива

В отличие от непрямого впрыска бензина, форсунки располагаются после впускного клапана. Они открываются в предкамеру, непосредственно связанную с камерой сгорания. Воздух над поршнем сжимается, а затем в этой камере испаряется дизельное топливо. Это приводит к предварительному сгоранию в контакте с воздухом, нагретым до 400°C. Наконец, полное сгорание происходит в камере сгорания.

Для непрямого впрыска больше не нужны свечи накаливания. Это связано с тем, что при отсутствии свечей накаливания двигатель с непрямым впрыском будет легче запускаться.

Прямой впрыск топлива: плюсы и минусы технологии

Прямой впрыск топлива: плюсы и минусы технологии

Прямой впрыск является наиболее используемым способом подачи на двигатель транспортного средства топлива. По сравнению с простым впрыском, когда топливо следует по пути во впускной коллектор, технология отличается точностью и эффективностью. Суть впрыска представлена направленным впрыскиванием топлива прямо в камеру сгорания цилиндра мотора. Именно поэтому смесеобразование значительно улучшается, а уровень эффективности сгорания топлива – увеличивается.

О сути технологии впрыска бензина и дизеля

Принцип технологии впрыска напрямую позволяет топливу попадать непосредственно в цилиндр двигателя. Стоит отметить, что более старые технологии заключались в поступлении топлива во впускной коллектор и его смешивании с воздухом. Сегодня прямой впрыск служит залогом повышения мощности двигателя, в целом.

Согласно традиционной системе, бензин смешивается с воздухом в непосредственной близости к цилиндру – во впускном коллекторе. Впрыск топлива напрямую не предполагает предварительного смешивания бензина и воздуха. Впускной коллектор является зоной поступления воздуха в камеру сгорания, а бензин впрыскивается в цилиндр, двигаясь по отдельному пути.

IMG_6046 EB316E0D-AF09-47F3-B2C8-B216B1BF86EC IMG_6058

Положительный результат обусловлен тем, что топливо впрыскивается в цилиндр вовремя и в строго оптимальном количестве. Помимо того, прямой впрыск служит залогом снижения степени выброса пагубных веществ в окружающую среду. За последнее десятилетие прямому впрыску было отдано первенство среди технологий автомобильной промышленности. Данная технология актуальна, как для двигателей на бензине, так и на дизеле.

  • Плюсы технологии прямого впрыска
    Высокоточное компьютерное управление в сочетании с прямым впрыском способно обеспечить высокую точность управления объемами топлива, а именно, количества воздуха и впрыскиваемого бензина или дизеля. Место расположения инжектора связано с оптимальностью распыления для разрушения струй жидкого бензина на множество мельчайших частиц и превращением его в пылевое облако.
    Как результат, будет обеспечено полное сгорание топлива, что особенно важно для езды на высоких оборотах, когда на сгорание имеется минимум времени. Прямой и быстрый впрыск топлива – это сжигание значительного количества бензина для максимальной мощности работы двигателя и снижение загрязнения от каждой отдельной капли бензина.
  • Минусы технологии впрыска напрямую
    Главные недостатки двигателя, работающего по технологии прямого впрыска, заключаются в сложности устройства системы и ее высокой конечной стоимости. На создание системы прямого впрыска уходит больше денежных средств. Все потому, что необходимо обеспечить прочность и точность каждого компонента, который должен работать с топливом при высоком уровне давления. В сравнении с косвенными системами впрыска, форсунки должны быть стойкими против разрушительного уровня давления в цилиндре и критической температуры сгорания.

О преимуществах технологии прямого впрыска над аналогами

На примере автомобилей Cadilac CTS специалисты компании «General Motors» занимаются выпуском двух аналогичных двигателей, имеющих прямое и косвенное впрыскивание. Производительность двигателя V6 на 3,6 литров бензина с непрямым впрыском составляет 263 лошадиных сил, а той же версии с устаревшей технологией впрыска – до 304 лошадиных сил.

Несмотря на повышенную мощность, двигатель на обновленной технологии впрыска показывает большую экономичность расхода. В городских условиях 18 миль против 17 миль на один галлон топлива, а в условиях трассы расход будет равным. Дополнительное преимущество инновационного решения состоит в меньшей требовательности такого двигателя к октановому числу бензина.

Плюс ко всему, большинство дизельных двигателей оборудованы системой быстрого прямого впрыска топлива. Однако принцип процесса сжигания топлива в дизелях немного другой. Если бензиновые моторы сжимают смесь воздуха с бензином, поджигая его искрой, то дизельные – после сжатия воздуха распыляют топливо непосредственно в камеру сгорания для воспламенения под действием давления и температуры сжатого воздуха.

Вам может быть интересно:

  • Двигатели с прямым впрыском
  • Дизельные двигатели

Прямой впрыск топлива

Еще на заре двигателестроения, сто лет назад, пути бензиновых и дизельных моторов разошлись. И тому были весомые причины в виде различия теории двух типов, а также совершенно разной организации горения смесей в цилиндре. Точнее, способа поджигания того, что должно было сгореть и выдать тепло для работы. Пройдя долгие пути совершенствования, моторы с зажиганием от свечи и двигатели, в которых смесь вспыхивает от сжатия, перепробовали в качестве топлив буквально все, что только может гореть, от керосина и тяжелых фракций нефти до природного газа, спирта и растительного масла. Системы питания этих моторов тоже были весьма разнообразны – от распылителей наподобие садовой лейки до впрыскивания топлива и в коллектор, и прямо в камеру сгорания. В итоге последние и победили всех остальных.

КОМПОНЕНТЫ.
Три главные части систем непосредственного впрыска – насос высокого давления, общая рампа с форсунками и электронный блок управления впрыском. За кажущейся простотой многочисленные технические ноу-хау, но рядовому сервисмену и common rail, и бензиновые аналоги обслуживать легко

СЖЕЧЬ БЕЗ ОСТАТКА
Но просто доставить заряд топлива в цилиндр оказалось недостаточно. Для того чтобы сделать моторы более экономичными и снизить выбросы вредных веществ в выхлопных газах, инженерам пришлось научиться управлять еще и скоростью горения смеси, а также точно позиционировать зону начала горения, направление продвижения пламени при рабочем ходе и его температуру. Помимо оптимизации формы самой камеры сгорания, единственным способом столь точной «стрельбы» топливом по рабочему объему стало повышение давления впрыска, вследствие чего появились системы типа сommon rail. Это название мы привыкли употреблять для дизельных систем. Бензиновые аналоги именуются «прямой впрыск», и у каждого производителя называются по-своему (GD-I – у Mitsubishi, FSI – у группы Volkswagen-Audi и т. д.).

ОБЩАЯ РАМПА
Отличие аппаратуры common rail от обычных систем впрыска прежде всего в очень большом (от 200 до 2000 бар) рабочем давлении. Топливо под большим давлением аккумулируется в довольно толстой общей емкости вблизи форсунок – топливной рампе. Потому такой впрыск еще называют аккумуляторным. Большой объем рампы снижает пульсацию давления от работы форсунок, что особенно актуально для дизелей. Форсунки открываются электроимпульсом и могут быть как обычными электромагнитными, так и пьезоэлектрическими. Высокое давление нагнетает механический топливный насос.

Для чего оно нужно? Исключительно для того, чтобы за очень короткий промежуток (миллисекунды) можно было впрыснуть заряд смеси, а за весь рабочий ход одного цилиндра успеть сделать несколько таких «инъекций».

ХОЛОДНЫЙ ПУСК.
Чтобы дизель пускался в любой мороз, прямо в камере сгорания торчит раскаленный носик электрической свечи накаливания. После запуска свеча отключается

В дизельных моторах подобный цикл работы, помимо более полного сгорания, позволяет избавиться от характерного «металлического» стука. Именно поэтому современные директ-дизели так тихи и почти не дают вибраций. Кроме того, точное позиционирование огненного факела позволяет даже устроить вспышку в центре камеры, оставив воздушную прослойку у стенок. Это снижает теплонагруженность дизеля и повышает его КПД (больше тепла используется на работу, меньше без дела отдается в атмосферу). И, наконец, управляемое сгорание смеси снижает вредные выбросы.

В бензиновых моторах прямой впрыск тоже позволяет точно регулировать процессы работы и, кроме того, дает возможность получить послойное горение (именно так переводится «фольксвагеновское» Fuel Stratified Injection). Зачем это нужно? Для той же экономии топлива. Дело в том, что, как известно, для бензинового двигателя есть оптимальное соотношение бензина к воздуху, называемое стехиометрическим (примерно 1:17). Но на некоторых режимах мотор может отлично работать и при соотношении 1:40. Только такую бедную смесь уже не поджечь свечой. Послойный впрыск позволяет получить в камере сгорания слои смеси с разным соотношением в разных местах – богатым в небольшом объеме возле свечи и сверхбедным во всем остальном объеме. За счет этого помимо экономии топлива и выдающейся экологичности наблюдается снижение шумности и тепловых потерь.

СОВЕРШЕНСТВО.
Вот она, мечта двигателиста, – огненный вихрь в камере сгорания, равномерно охватывающий весь объем, не касающийся стенок и не оставляющий недогоревшей смеси. На сегодняшний день это лучший способ превратить химическую энергию топлива в механическую работу внутри теплового мотора


КОШМАРЫ ПРЯМОГО ВПРЫСКА

Как ни странно, компоненты common rail оказались даже дешевле, чем аналогичная дизельная аппаратура. Ничего удивительного в этом нет – вместо громоздкого и технически крайне сложного ТНВД обычного дизеля здесь лишь один насос. А все функции управления мотором, ранее возложенные на ТНВД, теперь отданы электронике, которая заведомо дешевеет с каждой минутой. К тому же, перепрограммировав, эти системы гораздо легче приспособить к изменению характеристик,. Бензиновые аналоги тоже не далеко ушли по хлопотности изготовления от обычного впрыска, хотя и имеют более точные детали.

Но нам с вами, разумеется, всегда хочется узнать и об обратной стороне любого новаторства. Неужели все так безоблачно у систем аккумуляторного впрыска? Чем common rail и его бензиновые аналоги могут расстроить владельца?

Если мы будем говорить о дизельных моторах, то одно обстоятельство, безусловно, есть. И связано оно напрямую с организацией процесса горения, вернее, со снижением теплопотерь. Помните про более высокий КПД? Та энергия, что раньше шла на разогрев мотора (и через систему охлаждения-отопления к нам с вами), теперь совершает полезную работу. В северных странах этот факт означает, что водителю и пассажирам достанется меньше тепла, особенно на холостых, когда любой дизель и так почти не «греет». Правда, тут хороший рецепт – автономный подогреватель, коими и оснащают многие автомобили с common rail прямо на заводе. Для дизелей с большим объемом и автомобилей класса выше среднего этот «довесок» почти незаметен ни в цене, ни по расходу топлива. Обладателям же авто поменьше здесь придется смириться с тем, что технологичность их двигателя явно превышает таковую у остальных систем автомобиля.

Для бензиновых моторов подобной проблемы нет, и все остальные тревоги владельцев прямого впрыска нужно рассматривать через призму аккуратного отношения к таким моментам, как качественное топливо, регулярное ТО и разумная эксплуатация.

В НОГУ СО ВРЕМЕНЕМ
Да, бензин плохого качества современные системы высокого давления переваривают с трудом. Правда, скорее всего больше пострадают не они сами, а топливные фильтры и катализаторы. Хватанув один раз паленого топлива на плохой заправке и увидев желтую лампочку «Джеки Чан», просто игнорируйте эту колонку в дальнейшем и при случае нанесите визит сервисменам. Фатальный исход при таком одноразовом событии очень маловероятен.

Хуже обстоит дело с директ-дизелями, чья топливная аппаратура совершенно не переваривает ни серу в дизтопливе, ни парафины в холодное время. Но от этого же топливного «мусора» аналогично страдают и обычные дизели, вернее, их чувствительные ТНВД. Да и топлива некачественного с каждым днем у нас все меньше. Во всяком случае, на шоссе, по которому передвигаются фуры, риск заправиться плохим дизтопливом минимален. Ведь на большинстве современных тягачей тоже дизели с common rail. Речь скорее о том, на какой из сетей солярка чуть чище и где зимой сильнее разбавляют зимний дизель летним.

Да, гонять современный мотор «в хвост и в гриву», кормя его чем попало, увы, не получится. И это мне представляется вполне адекватной платой за его показатели и за хотя бы умозрительную заботу о чистоте окружающего воздуха.

ТЕСНО. Четыре клапана, форсунка впрыска и свеча зажигания помещаются над поршнем с трудом. Миниатюрные свечи – следствие технической эволюции

Из моего почти десятилетнего опыта дальних путешествий на различных автомобилях, большая часть которых была оборудована системами впрыска высокого давления, ни разу не возникло фатальных проблем с мотором из-за топлива. Да, Check Engine вспыхивал пару-тройку раз. Однажды даже дизельный BMW 530 дал черного «медведя» после заправки под Смоленском, но не более того. Особо беспокоящимся дизелистам просто посоветую приобрести антигелевые и цетаноповышающие присадки и не пользоваться подозрительными бензоколонками, которые объезжают стороной дальнобойщики.

ТАМОЖНЯ ДАЕТ ДОБРО

Иностранные производители, хотя и отчаянно сопротивлялись первое время поставкам в Россию машин с прямым впрыском и сommon rail, тем не менее мало-помалу дали зеленый свет самым современным моторам. Как же иначе, если других двигателей с каждым днем все меньше?

Моторы с прямым впрыском высокого давления сегодня уже не редкость. Для инженеров-мотористов это даже не сегодняшний, а почти вчерашний этап двигателестроения. И хотим мы этого или нет, директ-моторы постепенно вытеснят все остальные типы. Примерно так, как когда-то на смену керосиновым, паровым, газогенераторным автомобилям и конным повозкам пришел бензиново-дизельный транспорт. Но и эти продвинутые моторы не панацея. На смену им уже спешат еще более требовательные к вниманию гибриды, электромобили, даже водородные машины дня завтрашнего. Но это уже тема другой статьи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *