Анализ существующих систем впрыскивания топлива в двигателей с принудительным воспламенением и особенностей их конструкции

Впрыскивание топлива в воздушный заряд двигателей под избыточным давлением как альтернатива образования горючей топливовоздушной смеси за счет использования «подсасывающего» действия потока воздуха возникло и развивалось в самом начале появления поршневых двигателей с искровым зажиганием (еще в конце XIX века).

Вместе с тем, первый серийный двигатель с непосредственным впрыскиванием бензина был применен на автомобиле Mersedes-Benz 300SL только в 1954 году, показавшем большие преимущества этого способа смесеобразования с точки зрения резкого улучшения динамики машины. Однако сложность и высокая стоимость аппаратуры непосредственного впрыскивания существенно тормозили их массовое применение. И только, начиная с 1961 года, когда сочли возможным перейти на впрыскивание бензина во впускной трубопровод, что существенно упростило топливную аппаратуру, применение таких систем стало стремительно расширяться. Дополнительным импульсом к этому послужил переход на электронное управление топливоподачей, что заметно улучшило функциональные характеристики двигателей.

Практически все последние модели бензиновых двигателей для новых автомобилей всех классов в подавляющем большинстве случаев оборудуются системами впрыскивания. При этом аппаратура для этих систем производится специализированными фирмами, в числе которых следует назвать немецкую фирму Bosch, General Motors (США), Lucas (Великобритания) и Hitaschi (Япония). О массовости применения систем впрыскивания бензина свидетельствует и тот факт, что в 1993 году одной только фирмой Bosch было выпущено более 11 миллионов комплектов этой аппаратуры.

Резкое увеличение применяемости систем впрыскивания топлива в двигателях с искровым зажиганием вызвано значительно большими возможностями удовлетворения возросшим требованиям в отношении экологических свойств и топливной экономичности автомобилей. При этом в наибольшей степени возможности и эффективность системы впрыскивания возросли с применением электронного управления топливоподачей.

Впрыскивание топлива позволило исключить недостатки, органически присущие карбюраторной системе топливопитания: высокие гидравлические сопротивления на впуске, сложность достижения необходимой точности дозирования компонентов горючей смеси, практическую невозможность равномерного распределения топлива по отдельным цилиндрам многоцилиндрового двигателя.

Отмеченные недостатки в значительной мере устраняют при применении взамен карбюрации смесеобразования, осуществляемого путем впрыскивания легкого топлива. Общая классификация систем впрыскивания приведена на рис. 1.1.1.

Рис. 1.1.1 Классификация систем впрыскивания топлива в двигатели с принудительным воспламенением

В современных ДВС впрыскивание может осуществляться либо непосредственно в цилиндр двигателя, либо во впускной трубопровод.

При применении непосредственного впрыскивания легкого топлива, осуществляемого в процессе сжатия, удается обеспечить высокую равномерность распределения топлива по цилиндрам, максимально повысить коэффициент наполнения. Последнее происходит как за счет отсутствия диффузора, увеличенного сечения впускного трубопровода и его настройки, обеспечивающей инерционный наддув, так и вследствие организации наполнения «чистым» воздухом, не содержащим паров топлива. Непосредственное впрыскивание позволяет также использовать охлаждающий эффект от испарения топлива в цилиндре, что дает возможность повысить степень сжатия и благоприятно влияет на снижение образования токсических оксидов азота. Однако системы непосредственного впрыскивания могут работать только при достаточно высоких давлениях впрыскивания (5 .12 МПа), что требует применения дорогостоящей прецизионной топливной аппаратуры.

В этой связи предпочтительнее использовать центральную систему впрыскивания бензина во впускной трубопровод. В этом случае требуемое давление впрыскивания снижается до 0,2 .0,4 МПа и является легко реализуемым.

Системы впрыскивания во впускной трубопровод (рис. 1.1.2) имеют минимальное гидравлическое сопротивление впускного тракта, а за счет подбора длин впускного трубопровода могут осуществлять инерционный наддув, что существенно повышает коэффициент наполнения.