Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"MPFI" перенаправляется сюда. Для индийской спортивной федерации см. Федерация современного пятиборья Индии .

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:

  • система многоточечного впрыска (MPI) , также известная как впрыск через порт или система с сухим коллектором
  • и система одноточечного впрыска (SPI) , также известная как впрыск дроссельной заслонки (TBI), центральный впрыск топлива (CFI), электронный впрыск бензина (EGI) и система влажного коллектора .

В этой статье используются термины многоточечное впрыскивание (MPI) и одноточечное впрыскивание (SPI). В системе MPI есть одна топливная форсунка на цилиндр, установленная очень близко к впускному клапану (ам). В системе SPI имеется только одна топливная форсунка, обычно устанавливаемая сразу за дроссельной заслонкой. Современные системы впрыска коллектора обычно являются системами MPI, системы SPI устарели.

Описание [ править ]

Механическая система MPI с непрерывным впрыском

топлива Bosch K-Jetronic (ок. 1980-е гг.) Часть справа - распределитель топлива, часть слева - поршень с вакуумным приводом, используемый для определения количества воздуха, всасываемого в двигатель в данный момент.

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, что означает, что если стехиометрическое () топливовоздушная 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-Jetronicтеперь считаются устаревшими. [1]

Основные типы [ править ]

Одноточечная инъекция [ править ]

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. [2] Только при наличии недорогих цифровых блоков управления двигателем ( ЭБУ) в 1980-х годах 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. [3] 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». [4]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. [1]

Многоточечная инъекция [ править ]

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 многоточечных системах 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 [5] и, в современных двигателях, блок управления двигателем . [6]Температура около впускного клапана (ов) довольно высока, такт впуска вызывает завихрение всасываемого воздуха, и для образования топливовоздушной смеси остается много времени. [7] Таким образом, топливо не требует большого распыления. [2] Качество распыления зависит от давления впрыска, что означает, что относительно низкого давления 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. [8] Следовательно, время впрыска должно быть точным, если несгоревшее топливо (и, следовательно, высокие выбросы углеводородов) нежелательны. Из-за этого системы непрерывного впрыска, такие как Bosch K-Jetronic, устарели. [1]В современных многоточечных системах впрыска вместо этого используется прерывистый впрыск с электронным управлением. [6]

Механизм контроля впрыска [ править ]

В двигателях с впрыском во коллекторе существует три основных метода измерения количества топлива и управления моментом впрыска.

Механическое управление [ править ]

Механический топливный насос системы впрыска "Kugelfischer" В

этой системе используется трехмерный кулачок.

В первых двигателях с впрыском во впрыск во впрыске с полностью механическими системами впрыска использовался топливный 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 трехмерного положения 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, который соединен с барометрической ячейкой, и термометр охлаждающей воды, так что массу топлива можно корректировать в соответствии с давлением воздуха и температурой воды.[9] Системы впрыска Kugelfischer также имеют механический центробежный датчик частоты вращения коленчатого вала. [10] Многоточечные системы впрыска с механическим управлением использовались до 1970-х годов.

Нет контроля времени впрыска [ править ]

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 автономными, 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.[11] Неприводные многоточечные системы впрыска без контроля времени впрыска, такие как Bosch K-Jetronic, использовались с середины 1970-х до начала 1990-х годов в легковых автомобилях.

Электронный блок управления [ править ]

Bosch LH-Jetronic

Электронный блок управления двигателем хранит карту двигателя в своем ПЗУ и использует ее и данные датчиков, чтобы определить, сколько топлива нужно впрыснуть и когда нужно впрыснуть.

Двигатели с коллекторным впрыском 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 какBendix Electrojector был нишевой системой и использовался 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 . [12]

Определение воздушной массы [ править ]

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 отправляет 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. [5]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. [13]

Режимы работы впрыска [ править ]

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. [14]

Одновременный впрыск [ править ]

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.

Групповая инъекция [ править ]

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.

Последовательная инъекция [ править ]

В системе последовательного впрыска каждая топливная форсунка имеет фиксированную, правильно настроенную синхронизацию впрыска, которая синхронизируется с порядком зажигания свечи зажигания и открытием впускного клапана. Таким образом, впрыск топлива при закрытых впускных клапанах прекращается.

Впрыск, специфичный для цилиндра [ править ]

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. Недостаток этой системы состоит в том, что она требует определения массы воздуха для конкретного цилиндра, что делает ее более сложной, чем система последовательного впрыска.

История [ править ]

Первую систему впрыска с коллектором разработал Йоханнес Шпиль в Hallesche Maschinenfabrik. [15] Deutz начал серийное производство стационарных четырехтактных двигателей с впрыском в коллекторе в 1898 году. Грейд построил первый двухтактный двигатель с впрыском в коллекторе в 1906 году; Первые серийные четырехтактные авиационные двигатели с впрыском коллектора были построены Райт и Антуанеттой в том же году ( Antoinette 8V ). [16] В 1912 году компания Boschоборудовали гидроцикл самодельным ТНВД, 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. [17] 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, которая еще не нуждалась в замене. [13]

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. [13] В конце концов, легковые автомобили Mercedes-Benz W 128 , W 113 , W 189 и W 112 были оснащены двигателями Otto с впрыском коллектора. [18] [19]

С 1951 по 1956 год компания FAG Kugelfischer Georg Schäfer & Co. разработала механическую систему впрыска Kugelfischer. [17] 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). [20]

В 1957 году Bendix Corporation представила Bendix Electrojector , одну из первых систем впрыска в коллектор с электронным управлением. [21] Bosch построил эту систему по лицензии и продавал ее с 1967 года как Bosch D-Jetronic . [20] В 1973 году компания Bosch представила свои первые системы многоточечного впрыска собственной разработки - электронную Bosch L-Jetronic и механическую без привода Bosch K-Jetronic . [22] Их полностью цифровая система Bosch Motronic.был представлен в 1979 году. Он нашел широкое применение в немецких салонах класса люкс. В то же время большинство американских производителей автомобилей придерживались электронных систем одноточечного впрыска. [23] В середине 1980-х годов компания Bosch модернизировала свои системы многоточечного впрыска, не относящиеся к Motronic, с помощью цифровых блоков управления двигателем, создав KE-Jetronic и LH-Jetronic. [22] Volkswagen разработал цифровую систему впрыска Volkswagen Digijet , которая превратилась в систему Volkswagen Digifant в 1985 году. [24]

Недорогие одноточечные системы впрыска, которые работали с двух- или трехкомпонентными катализаторами, такие как Bosch Mono-Jetronic, представленный в 1987 году [22], позволили производителям автомобилей предложить экономичную альтернативу карбюраторам даже в их экономичных автомобилях. что способствовало широкому распространению систем впрыска во всех сегментах рынка легковых автомобилей в 1990-е годы. [25] В 1995 году компания Mitsubishi представила первый бензиновый двигатель Otto с прямым впрыском для легковых автомобилей, и с тех пор бензиновый двигатель с прямым впрыском заменил коллекторный впрыск, но не во всех сегментах рынка; в нескольких недавно произведенных двигателях легковых автомобилей все еще используется многоточечный впрыск. [26]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Конрад Рейф (ред.): Ottomotor-Management , 4-е издание, Springer, Wiesbaden 2014, ISBN  978-3-8348-1416-6 , стр. 101
  2. ^ a b Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor , в Hans List (ed.): Die Verbrennungskraftmaschine , Band 6, Springer, Wien 1967, ISBN 978-3-7091-8180-5 , p. 64 
  3. ↑ Bosch (ed.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch , 25-е издание, Springer, Wiesbaden 2003, ISBN 978-3-528-23876-6 , стр. 642 
  4. ↑ Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen , VDI-Verlag, Düsseldorf 1986, ISBN 978-3-642-95773-4 . п. 263 
  5. ^ a b Конрад Рейф (ред.): Ottomotor-Management , 4-е издание, Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-8348-1416-6 , стр. 103 
  6. ^ a b Bosch (ред.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch , 25-е издание, Springer, Wiesbaden 2003, ISBN 978-3-528-23876-6 , стр. 610 
  7. ^ Ричард ван Басшуйсен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff , 4-е издание, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-12215-7 , стр. 163 
  8. ^ Ричард ван Басшуйсен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff , 4-е издание, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-12215-7 , стр. 45 
  9. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor , в Hans List (ed.): Die Verbrennungskraftmaschine , Band 6, Springer, Wien 1967, ISBN 978-3-7091-8180-5 , p. 233 
  10. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor , в Hans List (ed.): Die Verbrennungskraftmaschine , Band 6, Springer, Wien 1967, ISBN 978-3-7091-8180-5 , p. 234 
  11. ^ Konrad Райф (ред.): Ottomotor-менеджмент , 4е издание, Springer, Висбаден 2014, ISBN 978-3-8348-1416-6 , стр. 302 
  12. ^ Альфред Boge (ред.): Фивег Handbuch Maschinenbau Grundlagen унд Anwendungen дер Maschinenbau-Technik , 18издание, Springer 2007, ISBN 978-3-8348-0110-4 , стр. 1002 
  13. ^ a b c Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor , в Hans List (ed.): Die Verbrennungskraftmaschine , Band 6, Springer, Wien 1967, ISBN 978-3-7091-8180-5 , p . 229 
  14. ^ Konrad Райф (ред.): Ottomotor-менеджмент , 4е издание, Springer, Висбаден 2014, ISBN 978-3-8348-1416-6 , стр. 107 
  15. ^ Ричард ван Басшуйсен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff , 4-е издание, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-12215-7 , стр. 6 
  16. ^ Ричард ван Басшуйсен (ред.): Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe, Erdgas, Methan, Wasserstoff , 4-е издание, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-12215-7 , стр. 7 
  17. ^ a b Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen , VDI-Verlag, Düsseldorf 1986, ISBN 978-3-642-95773-4 . п. 257 
  18. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor , в Hans List (ed.): Die Verbrennungskraftmaschine , Band 6, Springer, Wien 1967, ISBN 978-3-7091-8180-5 , p. 230 
  19. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor , в Hans List (ed.): Die Verbrennungskraftmaschine , Band 6, Springer, Wien 1967, ISBN 978-3-7091-8180-5 , p. 231 
  20. ^ a b Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen , VDI-Verlag, Düsseldorf 1986, ISBN 978-3-642-95773-4 . п. 258 
  21. ^ Курт Лонер, Герберт Мюллер (авт.): Gemischbildung und Verbrennung im Ottomotor , в Hans List (ed.): Die Verbrennungskraftmaschine , Band 6, Springer, Wien 1967, ISBN 978-3-7091-8180-5 , p. 243 
  22. ^ a b c Конрад Рейф (ред.): Ottomotor-Management , 4-е издание, Springer, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-8348-1416-6 , стр. 289 
  23. ↑ Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen , VDI-Verlag, Düsseldorf 1986, ISBN 978-3-642-95773-4 . п. 262 
  24. ↑ Олаф фон Ферзен (ред.): Ein Jahrhundert Automobiltechnik. Personenwagen , VDI-Verlag, Düsseldorf 1986, ISBN 978-3-642-95773-4 . п. 263 
  25. ^ Konrad Райф (ред.): Ottomotor-менеджмент , 4е издание, Springer, Висбаден 2014, ISBN 978-3-8348-1416-6 , стр. 288 
  26. ^ Konrad Райф (ред.): Ottomotor-менеджмент , 4е издание, Springer, Висбаден 2014, ISBN 978-3-8348-1416-6 , стр. 3