Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Gdi двигатель давление в рампе

Система непосредственного впрыска бензина — изучаем со всех сторон

Система непосредственного впрыска топлива применяется на бензиновых двигателях последних поколений с целью повышения их экономичности и увеличения мощности. Она предполагает впрыск бензина напрямую в камеры сгорания цилиндров, где и происходит его смешение с воздухом и образование топливовоздушной смеси. Первыми двигателями, которые были оснащены такой системой впрыска, стали моторы GDI (Mitsubishi). Аббревиатура GDI — расшифровывается как «Gasoline Direct Injection», что дословно переводится как «непосредственный впрыск бензина».

Базовые понятия

В статье о принципе работы инжекторной системы питания мы уяснили, что существует несколько видов систем впрыска топлива:

  • одноточечный впрыск (моноинжектор);
  • распределенный впрыск на клапаны (полный инжектор);
  • распределенной впрыск в цилиндры (прямой впрыск).

Gasoline Direct Injection, что в переводе означает – прямой впрыск бензина, сразу говорит нам о том, что в двигателях GDI происходит внутреннее смесеобразование. Иными словами, топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры. Но какие именно преимущества дает прямой впрыск:

  • снижение температуры в камере сгорания, так как топливо может подаваться в жидкой фазе непосредственно в конце такта сжатия. Такая особенность снижает риск появления детонации, что позволяет получать больший КПД от сжатия топливовоздушной смеси (ТПВС) и регулировать угол опережения зажигания в более широком диапазоне;
  • возможность регулировки состава ТПВС, что позволяет более эффективно использовать энергию сгорания ТПВС на разных режимах работы двигателя.

Проблема низкого КПД бензинового двигателя, по сравнению с дизелем, в небольших рамках регулировки состава ТПВС. Теоретическим и экспериментальным путем было установлено, что для полного сгорания 1 кг бензина необходимо 14,7 кг воздуха. Такое соотношение называется стехиометрическим. Двигатель может работать на обедненной смеси – около 16,5 кг воздуха/ 1 кг бензина, но уже при 19/1 ТПВС от свечи зажигания не воспламенится. Но даже смесь 16,5/1 считается слишком бедной для нормальной работы, так как ТПВС горит медленно, что чревато потерей мощности, перегревом поршневых колец и стенок камеры сгорания, а поэтому рабочая бедная гомогенная смесь лежит в пределах 15-16/1. Приготавливая в цилиндрах богатую смесь с соотношением 12,1-12,3/1 и сдвигая УОЗ, мы получаем прибавку в мощности, при этом значительно ухудшаются экологические показатели мотора.

Экономичность GDI

Проблема обычных двигателей с распределенным впрыском на клапаны в том, что топливо подается исключительно на такте впуска. Перемешивание топлива с воздухом начинает происходить еще во впускном коллекторе, в итоге при перемещении поршня к ВМТ смесь становится близкой к однородной, то есть гомогенной. Преимущество GDI в том, что двигатель может работать на сверхбедной смеси, когда соотношение топлива к воздуху может достигать 37-41/1. Способствует этому несколько факторов:

  • специальная конструкция впускного коллектора;
  • форсунки, которые позволяют не только точно дозировать количество подаваемого топлива, но и регулировать форму факела;
  • особая форма поршней.

Но в чем именно особенность принципа работы, позволяющая быть моторам GDI настолько экономичными? Поток воздух, благодаря особой форме впускного коллектора, состоящего из двух каналов, еще на такте впуска имеет определенное направление, а не попадает в цилиндры хаотически, как в случае с обычными двигателями. Попадая в цилиндры и ударяясь об поршень, он продолжает закручиваться, способствуя тем самым турбулизации. Топливо, которое подается в непосредственной близости поршня к ВМТ небольшим факелом, ударяется о поршень и, подхватываемое закручивающимся потоком воздуха, перемещается таким образом, что в момент подачи искры находится в непосредственной близости к электродам свечи зажигания. В итоге происходит нормальное воспламенение ТПВС вблизи свечи, в то время как в окружающей полости находится смесь чистого воздуха и отработавших газов, подающихся во впуск системой EGR. Как вы понимаете, в обычном двигателе реализовать такой способ газообмена не представляется возможным.

Режимы работы двигателя

Моторы GDI могут эффективно работать в нескольких режимах:

  • Ultra-LeanCombustionMode – режим сверхбедной смеси, принцип протекания которого был рассмотрен выше. Используется, когда на двигатель нет большой нагрузки. К примеру, при плавных разгонах либо постоянном поддержании не слишком высокой скорости;
  • SuperiorOutputMode – режим, в котором топливо подается на такте впуска, что позволяет получить гомогенную стехиометрическую смесь с соотношением близким к 14,7/1. Используется, когда двигатель работает под нагрузкой.
  • Two-stageMixing – режим обогащенной смеси, при котором соотношение воздуха к топливу близко к 12/1. Используется при резких ускорениях, большой нагрузке на двигатель. Такой режим еще называют режимом открытой петли (Open loop), когда не опрашивается лямбда-зонд. В таком режиме топливная коррекция для урегулирования выбросов вредных веществ не проводится, так как главная цель – получить максимальную отдачу от двигателя.
Читать еще:  560100 двигатель технические характеристики

За переключение режимов отвечает электронный блок управления двигателем (ЭБУ), который делает выбор, ориентируясь на показания датчиковой аппаратуры (ДПДЗ, ДПКВ, ДТОЖ, лямбда-зонда и т.д.)

Two-stage Mixing

Режим двухэтапного впрыска также является особенностью, позволяющей моторам GDI быть крайне приемистыми. Как уже говорилось выше, состав смеси в таком режиме достигает 12/1. Для обычного двигателя с распределительным впрыском такое соотношение топлива к воздуху является слишком богатым, а поэтому эффективно воспламеняться и гореть такая ТПВС не будет, значительно ухудшаться выбросы вредных веществ в атмосферу.

Режим открытой петли предполагает 2 этапа впрыскивания топлива:

  • небольшая порция на такте впуска. Главное предназначение – охлаждение оставшихся в цилиндре газов и самих стенок камеры сгорания (состав смеси при этом близок к 60/1) Впоследствии это позволяет поступить в цилиндры большему количеству воздуха и создать благоприятные условия для поджигания основной порции бензина;
  • главная порция в конце такта сжатия. Благодаря благоприятным условиям, созданным предварительным впрыском, и турбулентности в камере сгорания, полученная смесь сгорает крайне эффективно.

Есть большое желание поговорить о том, как именно инженеры Mitsubishi «приручили» турбулентность, о ламинарном и турбулентном движении и числе Re, введенным О.Рейнольдсом. Все это помогло бы лучше понять, как именно в моторах GDI создается послойное смесеобразование, но для этого, к сожалению, нам не хватит и двух статей.

Как и в дизельном двигателе, для создания достаточного давления в топливной рампе используется топливный насос высокого давления. За годы производства моторы комплектовались ТНВД нескольких поколений:

  1. семиплунжерный ТНВД (с начала 1996 до середины 1997). Короткий срок пребывания на конвейере обуславливается отсутствием надежности. В особенности это касается эксплуатации авто в регионах с плохим качеством бензина;
  2. трехсекционный ТНВД, который уже имел значительный запас прочности;
  3. ТНВД, в народе получивший прозвище «таблетка»;
  4. доработанная «таблетка». ТНВД, по сути, ни чем не отличался от предыдущего поколения, кроме как вынесенным из корпуса насоса регулятором высокого давления.

Форсунки

Для обеспечения высокоточной регулировки состава ТПВС форсунки должны обладать крайне высокой точностью. Сам принцип открытия плунжера для подачи топлива схож с обычной электромагнитной форсункой. Особенности форсунок системы GDI:

  • возможность формирования разных видов распыла бензина;
  • максимальное сохранение точности дозирования вне зависимости от температуры и давления в камере сгорания.

Особенно примечательно устройство завихрения, располагающееся в корпусе форсунки. Именно благодаря ему топливо, вылетая из форсунки, лучше подхватывается закручивающимся потоком воздуха, что способствует лучшему перемешиванию ТПВС и перенаправлению смеси к свече зажигания.

Эксплуатация

Главные неприятности, связанные с эксплуатацией двигателей с прямым впрыском от Mitsubishi на отечественных просторах:

  • износ ТНДВ. Насос является узлом с претенциозными требованиями к подгонке деталей, и главная проблема не в уровне изготовления, а в качестве отечественного топлива. Разумеется, и сейчас можно нарваться на плохое топливо. Но времена, когда качество бензина было настоящей головной болью и риском финансовых потерь для владельцев авто с двигателями GDI, к счастью, уже прошли;

засорение воздушных каналов впускного коллектора. Образование наростов вносит корректив в движение воздушных масс и процесс перемешивания топлива с воздухом. Именно это называют одной из причин образования черного нагара на свечах зажигания, так хорошо известного владельцам авто с двигателями GDI.

Устройство и принцип действия системы GDI

Хотя принцип работы системы разных производителей остается неизменным, они отличаются друг от друга. Основные различия в напоре, которое создает топливный насос, расположении ключевых элементов и их форме.

Конструктивные особенности двигателей GDI

Двигатель с прямой подачей горючего будет оснащаться системой, в устройство которой будут входить такие элементы:

  • Насос, подающий топливо под высоким напором (ТНВД). Бензин должен не просто поступать в камеру, а в ней он должен распыляться. По этой причине его напор должен быть высокий;
  • Дополнительный насос подкачки, благодаря которому горючее подается в резервуар ТНВД;
  • Датчик, который фиксирует силу напора, создаваемого электронасосом;
  • Форсунка, способная под высоким давлением распылять бензин. В ее конструкцию входит специальный распылитель, формирующий требуемую форму факела, который образуется в результате сгорания горючего. Также эта деталь обеспечивает качественное смесеобразование непосредственно в самой камере;
  • Поршни в таком моторе будут иметь особенную форму, которая зависит от типа факела. Каждый производитель разрабатывает свою конструкцию;
  • Каналы впускного коллектора также имеют особенную конструкцию. Она обеспечивает образование завихрения, которое направляет смесь в область электродов свечи зажигания;
  • Датчик, фиксирующий высокое давление. Его устанавливают в рампу топливной системы. Этот элемент помогает блоку управления контролировать разные режимы работы силовой установки;
  • Регулятор давления в системе. Подробней о его устройстве и принципе работы рассказывается здесь.
Читать еще:  Что такое принципиальная схема двигателя

Конструктивные особенности и принцип работы

Прямой впрыск бензина по принципу очень схож с дизелем. В конструкции такой системы питания имеется дополнительный насос, после которого бензин уже под давлением поступает на форсунки, установленные в ГБЦ с распылителями, находящимися в камере сгорания. В требуемый момент форсунка подает топливо в цилиндр, куда через впускной коллектор уже закачан воздух.

Конструкция данной системы питания включает:

  • бак с установленным в нем топливоподкачивающим насосом;
  • магистрали низкого давления;
  • фильтрующие элементы очистки топлива;
  • насос, создающий повышенное давление с установленным регулятором (ТНВД);
  • магистрали высокого давления;
  • рампа с форсунками;
  • перепускной и предохранительный клапаны.


Схема топливной системы с непосредственный впрыском

Назначение части элементов, такие как бак с насосом и фильтра описаны в других статьях. Поэтому рассмотрим назначение ряда узлов, использующихся только в системе прямого впрыска.

Одним из основных элементов в данной системе является насос высокого давления. Он обеспечивает поступление топлива под значительным давлением в топливную рампу. Конструкция его у разных производителей отличается — одно или многоплунжерная. Привод же осуществляется от распределительных валов.

Также в систему включены клапана, которые предотвращают превышение давления топлива в системе выше критических значений. В целом же регулировка давления выполняется в нескольких местах – на выходе из насоса высокого давления регулятором, который входит в конструкцию ТНВД. Имеется перепускной клапан, контролирующий давление на входе в насос. Предохранительный же клапан следит за давлением в рампе.

Работает все так: топливоподкачивающий насос из бака по магистрали низкого давления подает бензин на ТНВД, при этом бензин проходит через фильтр тонкой очистки топлива, где удаляются крупные примеси.

Плунжерные пары насоса создают давление топлива, которое при разных режимах работы двигателя варьируется от 3 до 11 МПа. Уже под давлением топливо по магистралям высокого давления поступает в рампу, которая распределяется по его форсункам.

Работа форсунок контролируется электронным блоком управления. При этом он основывается на показаниях множества датчиков двигателя, после анализа данных, он производит управление форсунками – момента впрыска, количества топлива и способа распыла.

Если на ТНВД подается количество топлива больше необходимого, то срабатывает перепускной клапан, который часть топлива возвращает в бак. Также часть топлива сбрасывается в бак в случае превышения давления в рампе, но делается это уже предохранительным клапаном.


Прямой впрыск

Для каждого автомобиля своя норма давления в рампе, но средние приблизительные результаты можно обозначить так:

  • После включения зажигания — около 3 атмосфер;
  • На холостом ходу — около 2,5 атмосфер;
  • После сброса трубки регулятора давления топлива — около 3,3 атмосфер;
  • При пережатой сливной трубке системы — около 7 атмосфер.

Помимо проверки давления в топливной рампе, можно также проверить и работоспособность бензонасоса. Для этого нужно подгазовывать, поднимая обороты примерно до 3000 об/мин и следить в это время за показаниями манометра. Если, при увеличении оборотов, давление медленно идет вниз, спадает, значит, бензонасос неисправен.

Некоторые автовладельцы задаются вопросом: можно ли проверить давление в топливной рампе без манометра или специального прибора? Ответ: можно, но эта проверка будет приблизительной и неточной. Чтобы это сделать, нужно всего лишь открутить подающий топливопровод и дать питание на бензонасос. При нормальном давлении в рампе за минуту должно пройти примерно 1,5 л. топлива.

На информационном сайте для автолюбителей «FORAM» вы сможете найти много полезной информации, касающейся ремонта и обслуживания автомобилей.

Стандартные значения давления

В первом случае, когда зажигание включено, давление в топливной системе должно находиться в рамках трёх атмосфер, и не спускаться ниже этого уровня. Холостой ход может демонстрировать давление около двух атмосфер, что, также, является нормой. Без трубки регулятора давления показатель должен быть равен трём целым и трём десятым атмосферы. А вот передавленная трубка укажет на давление вплоть до семи атмосфер. Существует ещё один необязательный параметр. Мы говорим о давлении при подгазовке. Оно должно увеличиваться до трёх атмосфер, после чего сразу же спускаться до уровня в две с половиной атмосферы.

Читать еще:  Бесшатунный двигатель своими руками

И, помните, что вам нужно убедиться в отсутствии повреждений топливной системы, иначе показатели будут значительно отличаться от реальных.

Процесс замера

Перед началом замера требуется заглушить двигатель и обложить место присоединения рампы к фитингу ветошью, которая быстро впитает бензин, выливающийся при отсоединении. При этом нужно быть готовым к тому, что топливо может брызнуть, поскольку находится под остаточным давлением.

После отсоединения фитинга нужно вставить прибор в образовавшийся разрыв, после чего проверяется надежность соединения. При этом манометр будет показывать нулевое давление – это нормально, поскольку герметичность топливной магистрали была нарушена. Только после этого можно проверить давление в топливной рампе.

После установки приспособления включается зажигание, насос начинает подкачивать топливо и манометр показывает определенное давление. При этом установившееся значение не должно уменьшаться, оставаясь стабильным в районе 2,5-4 атмосферы. На следующем этапе заводится двигатель, давление топливного насоса при этом увеличивается на несколько десятых атмосферы, что отражается на манометре. После глушения мотора давление должно вернуться к предыдущему показателю, но не упасть на ноль.

Если при отсоединении фитинга перед установкой прибора патрубок пустой, это говорит о сниженном давлении, что является первым признаком проблем с топливной системой. Это сигнализирует о поломке регулятора давления. Еще один признак выхода из строя этого узла – падение давление вскоре после включения зажигания, как только бензонасос перестал закачивать топливо в систему.

После запуска двигателя давление может быть стабильным, поскольку регулятор давления в этом случае не играет никакой роли. Требуется замена регулятора и можно обойтись небольшими затратами. Если же двигатель работает нестабильно и давление снижается при повышении оборотов, проблема в бензонасосе.

Видео: Измеряем давление в топливной системе

Проверка отдельных элементов

Когда замер давления в топливной рампе показывает отклонение от нормы, нужно рассматривать следующие причины:

  • электробензонасос неспособен развивать требуемую производительность;
  • вышел из строя регулятор, отчего напор бензина в контуре снижается либо возрастает сверх нормы;
  • напрочь засорился фильтр тонкой очистки, препятствующий нормальному проходу топлива;
  • протекают изношенные клапаны форсунок – двигатель «заливает» топливом.

Один из способов проверки бензонасоса – передавить пассатижами шланг «обратки», находящийся в подкапотном пространстве. Когда обратная магистраль перекрыта, манометр должен показать не менее 5 Бар, с новым насосом – 6 Бар. Давление 4 Бар является критично низким.

Поскольку вышеописанная методика не дает абсолютно точный результат и применима не на всех моделях автомобилей, желательно проверить бензонасос путем прямого подключения манометра. Следует исключить другие элементы системы – трубопроводы, фильтр тонкой очистки и регулятор. Снимите заднее сиденье машины, доберитесь до агрегата и подсоедините измеритель к выходному штуцеру напрямую.

Если показания на рампе и на штуцере насоса выйдут одинаково низкими, меняйте перекачивающий агрегат. В противном случае проблему нужно искать в другом месте, следуя алгоритму:

  1. Продуйте бензопровод и поменяйте фильтр, затем проведите испытания повторно.
  2. Снова подключите манометр к рампе, заведите мотор и снимите со штуцера РДТ вакуумный патрубок (идет от всасывающего коллектора). Если напор не изменится, ставьте новый регулятор.
  3. Чтобы убедиться в исправности форсунок, нужно померить и сравнить два показателя: давление на коллекторе с пережатым шлангом «обратки» и максимальный напор, создаваемый насосом при подключении напрямую. Если второе значение гораздо больше, часть давления теряется на форсунках.

Если вы обнаружили проблемы с потерей напора на самом коллекторе, демонтируйте рампу и проверяйте каждую форсунку отдельно. Неисправные детали по одной не меняются – придется покупать и ставить полный комплект.

Простейший способ проверить форсунки на предмет протекания – испытать в работе вместе с коллектором. Снимите рампу, не отсоединяя топливную магистраль, подложите ветошь и включите зажигание. Если клапаны форсунок износились и потеряли герметичность, с них начнет капать бензин. Рабочие элементы стоит проверить еще раз – с передавленным шлангом «обратки».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector