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

Впрыскивание бензина во впускной трубопровод может осуществляться циклически в виде отдельных порций или непрерывно. При этом циклическое впрыскивание в распределенных системах реализуется либо синхронно с определенными тактами рабочего цикла каждого цилиндра (фазированное впрыскивание), либо в виде группового впрыскивания парой или одновременно всеми форсунками.

Рис. 1.1.2 Схема расположения форсунки при впрыскивании в зону впускного клапана: 1 - электромагнитная форсунка; 2 - впускной трубопровод; 3 - впускной клапан

В системах центрального впрыскивания обычно используется циклическая поддача топлива несколько раз за рабочий цикл двигателя.

При применении современных средств электронного управления системами впрыскивания с помощью микропроцессорных устройств удается добиться более равномерного распределения топлива по цилиндрам и высокой точности приближения состава смеси к оптимальному на всех режимах и при различных внешних условиях работы двигателя.

Все это позволяет существенно (на 10 .15%) повысить мощность бензиновых двигателей по сравнению с карбюраторным топливопитанием и на 6 .8% уменьшить расход топлива. За счет равномерного распределения топлива по цилиндрам, высокой точности дозирования и его корректировки с учетом минимизации эмиссии токсичных веществ удается значительно улучшить экологические свойства ДВС.

Эффективное энергопреобразование в двигателях с принудительным воспламенением требует, чтобы система топливопитания обеспечила приготовление гомогенизированной бензовоздушной смеси оптимального состава на всех режимах работы двигателя. Для осуществления этого требования необходимо чтобы при впрыскивании топлива во впускной трубопровод происходило дробление топливных струй на капли минимальных размеров, их прогрев, испарение и смешивание с воздушным зарядом.

Эксперименты [ 8 ] показывают, что при давлении впрыскивания 0,2 МПа, скорость топливной струи составляет всего 23 м/с, а диаметры капель находятся в диапазоне 250 .800 мкм, что недостаточно для получения хорошо гомогенизированной смеси.

Степень гомогенизации смеси зависит от фазирования впрыскивания, т.е. от его временного положения в рабочем цикле двигателя.

Существует несколько разновидностей согласования момента впрыскивания топлива с фазами впуска свежего заряда, представленные на рис. 1.1.3.

Впрыскивание может быть одновременным, приходящимся на различные такты рабочего цикла, групповым, осуществляемым одновременно в одну группу цилиндров. Эти способы применялись в схемах первых поколений двигателей преимущественно с центральным впрыскиванием бензина и были обусловлены определенными ограничениями по быстродействию электронных блоков управления. Тогда же считалось, что изменение момента впрыскивания относительно фаз впуска незначительно влияет на показатели рабочего процесса.

Однако современные схемы распределенного впрыскивания бензина используют впрыскивание, синхронизированное с фазами впуска (рис. 1.1.3., в), осуществляемое в зону впускного клапана таким образом, чтобы окончание подачи топлива происходило непосредственно перед его открытием.

Считается, что впрыскивание топлива на стенку впускного канала на расстоянии 40 .60 мм от тарелки закрытого клапана обеспечивает удовлетворительное протекание процесса гомогенизации в зоне впускного канала и его эффективное завершение во внутрицилиндровой полости. Поскольку впрыскивание топлива осуществляется непосредственно в зону впускного клапана, то в этом случае практически исключается повышение неравномерности подачи топлива по цилиндрам, обусловленное образование жидкой пленки на стенках впускного трубопровода.

Рис. 2.1.3 Схема согласования момента впрыскивания топлива с фазами впуска свежего заряда: а - одновременное впрыскивание; б - групповое впрыскивание; в – впрыскивание

Считается, что улучшение равномерности подачи воздуха в отдельные цилиндры может быть достигнуто также при ее регулировании за счет изменения высоты и продолжительности подъема впускных клапанов (система Valvetronic) вместо центральной дроссельной заслонки. Существенное значение для обеспечения качественного смесеобразования имеет продолжительность впрыскивания ( τ ), которая определяется быстродействием форсунки.