2 Системи безпосереднього вприскування бензину з комп’ютерним керуванням
2.1 Загальні відомості про системи безпосереднього вприскування бензину
Двигуни з безпосереднім вприскуванням бензину утворюють робочу суміш в камері згорання. Через відкритий впускний клапан при такті впуску в циліндр поступає тільки повітря. Паливо вприскується спеціальними форсунками безпосередньо в камеру згорання циліндрів.
Цей принцип не новий. Ще в 1937 р. використовувався авіаційний двигун з іскровим запаленням, обладнаний механічним безпосереднім вприскуванням палива. У 1951 р. двотактний двигун з іскровим запаленням і механічним безпосереднім вприскуванням вперше серійно встановлювався на легковий автомобіль Gutbrod. У 1954 р. з'явився автомобіль Mercedes 300 SL з чотиритактним двигуном з іскровим запаленням і безпосереднім вприскуванням.
Конструкція двигуна з безпосереднім вприскуванням для того часу була дуже дорогою. Крім того, ця технологія висувала високі вимоги до експлуатаційних матеріалів. Термін служби такого двигуна був ще однією проблемою. Всі ці проблеми тривалий час заважали прориву в технології безпосереднього вприскування палива.
2.2 Будова та принцип дії системи безпосереднього вприскування бензину
Системи з безпосереднім вприскуванням відрізняються вприскуванням палива під високим тиском безпосередньо в камеру згорання. Робоча суміш утворюється, як і в дизельному двигуні, всередині камери згорання (внутрішнє утворення робочої суміші).
Паливний насос з електроприводом подає паливо при початковому тиску 0,3...0,5 МПа (3...5 бар) до насоса високого тиску. Цей насос створює тиск в системі в залежності від робочого режиму двигуна (необхідного крутного моменту і частоти обертання колінчастого вала). Паливо під високим тиском потрапляє в паливну рейку 6 (рис. 2.1) і там накопичується.
1 - поршень; 2 - впускний клапан; 3 - котушка запалення із встановленою свічкою;
4 - випускний клапан; 5 - форсунка високого тиску; 6 - паливна рейка
Рисунок 2.1 - Принципова схема системи безпосереднього уприскування бензину
Тиск палива вимірюється датчиком високого тиску і встановлюється клапаном регулювання тиску в межах від 5 до 12 МПа. Біля паливної рейки розташовані форсунки високого тиску 5, робота яких регулюється блоком керування двигуном. Форсунки вприскують паливо в камеру згорання циліндра.
Вприснуте тонко розпилене за рахунок високого тиску паливо утворює з поступаючим в камеру згорання повітрям робочу суміш. В залежності від режиму роботи двигуна паливо вприскується так, що створюється суміш, рівномірно розподілену по всій камері згорання із співвідношенням α ≤ 1 (гомогенний режим) або утворюється суміш з пошаровим зарядом із співвідношенням α ≤ 1 в області свічки запалення (робота в умовах пошарового розподілення заряду або збідненої суміші).
Решта простору камери згорання при пошаровому розподіленні заряду наповнено або всмоктаним свіжим повітрям з інертним газом, що поступив з системи рециркуляції, або дуже збідненою робочою сумішшю. За рахунок цього в цілому виходить збіднена робоча суміш з αсумарн > 1. Такі різні можливості експлуатації двигуна називаються режимами його роботи. Вибір режиму роботи здійснюється, з одного боку, на підставі частоти обертання колінчастого валу і потрібного крутного моменту, а з іншого боку, за рахунок функціональних вимог, таких як, наприклад, відновлення каталітичного нейтралізатора накопичувального типу.
При пошаровому розподілі заряду вприснута маса палива є основним параметром, що визначає величину отриманого крутного моменту. Надлишок повітря навіть при частковому навантаженні робить можливим забезпечити недросельований режим роботи з широко відкритою дросельною заслінкою. Ця міра знижує насосну роботу (випуск і заповнення циліндрів зарядом).
На режимі збідненої робочої суміші при α > 1 і гомогенному її розподілі також досягається економія палива за рахунок відсутності дроселювання. Але вона не така велика, як при пошаровому розподілі заряду. При гомогенній суміші із співвідношенням α ≤ 1 двигун з безпосереднім вприскуванням поводиться в основному так само, як двигун з вприскуванням у впускний трубопровід.
Каталітичні нейтралізатори повинні забезпечувати видалення токсичних речовин з ВГ. Для того, щоб отримати максимальний ефект, для трикомпонентного каталітичного нейтралізатора потрібна стехіометрична паливоповітряна суміш.
Підвищена емісія оксидів азоту, яка виникає внаслідок надлишку повітря на режимі збідненої робочої суміші, скупчується для тимчасового зберігання в каталітичному нейтралізаторі з акумулюючою здатністю до NOx. Тут, при короткочасній роботі двигуна з надлишком повітря, оксиди азоту розщеплюються до азоту, двооксиду вуглецю і води.